波士頓動(dòng)力副總裁：機(jī)器人一天就學(xué)會(huì)了芭蕾舞，尚未使用機(jī)器學(xué)習(xí)

新年之前，波士頓動(dòng)力上傳了一段機(jī)器人跳舞的視頻引爆全網(wǎng)?，F(xiàn)在這段視頻僅在YouTube平臺(tái)就已經(jīng)被觀看超過(guò)2500萬(wàn)次。

　　當(dāng)初，為了拍攝這段機(jī)器人舞蹈，波士頓動(dòng)力甚至請(qǐng)來(lái)了專業(yè)的舞蹈指導(dǎo)Monica Thomas和人類舞蹈演員，為機(jī)器人設(shè)計(jì)動(dòng)作。

　　在這段視頻的背后，還隱藏著哪些技術(shù)細(xì)節(jié)？最近IEEE Spectrum采訪到了波士頓動(dòng)力工程副總裁、Atlas雙足機(jī)器人團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Aaron Saunders。

　　Saunders從2003年開(kāi)始就進(jìn)入波士頓動(dòng)力工作，參與了很多早期機(jī)器人的開(kāi)發(fā)，比如機(jī)器狗LittleDog就是出自他之手。

　　以下是采訪的主要內(nèi)容。

　　請(qǐng)來(lái)人類舞者指導(dǎo)

　　IEEE Spectrum：您如何看待網(wǎng)絡(luò)上對(duì)這段視頻的反應(yīng)？

　　Aaron Saunders：我們對(duì)制作的視頻抱有不同的期望；對(duì)我們來(lái)說(shuō)，這絕對(duì)是有趣的。YouTube上的回應(yīng)刷新了我們的紀(jì)錄：我們收到了數(shù)百封電子郵件和電話，這些人表達(dá)了他們的熱情，分享了他們對(duì)我們下一步應(yīng)該做什么的想法，比如這首歌怎么樣，這個(gè)舞蹈動(dòng)作怎么樣，所以這真的很有趣。

　　我最喜歡的回應(yīng)是我94歲的奶奶發(fā)給我的。她在YouTube上看了視頻，然后通過(guò)家人發(fā)送了一條信息，詢問(wèn)我是否會(huì)教機(jī)器人這些跳舞動(dòng)作。我認(rèn)為這段視頻吸引了更多觀眾，因?yàn)樗诤狭私?jīng)典音樂(lè)和新技術(shù)。

　　我們以前從未見(jiàn)過(guò)Atlas有這樣的動(dòng)作，您能談?wù)勀銈兪侨绾巫龅降膯幔?/strong>

　　我們從和舞蹈演員和編舞合作開(kāi)始，通過(guò)創(chuàng)作和編排一個(gè)套路，來(lái)為舞蹈創(chuàng)造一個(gè)初步的概念。其中一個(gè)挑戰(zhàn)，尤其是Atlas面臨的核心挑戰(zhàn)，是調(diào)整人類的舞蹈動(dòng)作，以便在機(jī)器人上表演。

　　為此，我們使用模擬來(lái)快速迭代運(yùn)動(dòng)概念，同時(shí)征求編舞的反饋，做到在Atlas力量和速度的能力范圍之內(nèi)。這是一個(gè)多次反復(fù)的過(guò)程，他們會(huì)說(shuō)出他們想讓我們做什么，工程師會(huì)看著屏幕說(shuō)“這個(gè)動(dòng)作容易”、“這個(gè)動(dòng)作很難”或者“這個(gè)動(dòng)作讓我害怕”。

　　然后我們進(jìn)行討論，在模擬中嘗試不同的東西，并進(jìn)行調(diào)整，以找到一套兼容的動(dòng)作可以在Atlas上執(zhí)行。

　　在整個(gè)項(xiàng)目中，隨著我們構(gòu)建工具越來(lái)越完善，創(chuàng)建這些新舞蹈動(dòng)作所需的時(shí)間變得越來(lái)越短。例如，最終我們能夠在拍攝的前一天，用工具鏈在一天內(nèi)成功創(chuàng)建Atlas的一個(gè)芭蕾舞動(dòng)作。因此，它不是手動(dòng)編寫的，而是有一個(gè)可以可以讓你設(shè)計(jì)各種動(dòng)作的pipeline，你可以通過(guò)各種不同的輸入來(lái)描述，并把它們推送到機(jī)器人身上。

　　如何遷移人類動(dòng)作

　　有沒(méi)有一些動(dòng)作，特別難從人類遷移到Atlas機(jī)器人身上？還是Atlas可以做得比人類做得更好？

　　芭蕾舞部分的一些旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，需要更多的迭代才能開(kāi)始運(yùn)作，因?yàn)檫@些離跳躍和跑步等更有經(jīng)驗(yàn)的動(dòng)作相差最遠(yuǎn)，它們對(duì)機(jī)器和軟件都提出了新的挑戰(zhàn)。不要低估人類舞者的靈活性和力量。當(dāng)你帶著優(yōu)秀的人類舞蹈演員，試圖讓機(jī)器人學(xué)著做他們能做的動(dòng)作，這是一個(gè)難題。

　　從根本上說(shuō)，我不認(rèn)為Atlas有這些舞蹈演員所擁有的運(yùn)動(dòng)范圍或力量，盡管我們繼續(xù)為此開(kāi)發(fā)機(jī)器人。因?yàn)槲覀兿嘈?，為了在商業(yè)上廣泛部署這種機(jī)器人，并最終在家庭中部署，我們認(rèn)為他們需要有這種水平的性能。

　　機(jī)器人真正擅長(zhǎng)的是，以完全相同的方式一遍又一遍地做某件事。因此，一旦我們輸入了我們想做的事情，機(jī)器人就可以一遍又一遍地做，我們會(huì)從不同的角度拍攝。

　　我可以理解你如何使用人類舞者來(lái)幫助Atlas完成舞蹈套路，但是你們是如何讓Spot機(jī)器狗和Handle搬運(yùn)工一起跳舞的？

　　我認(rèn)為，和我們一起工作的人實(shí)際上有很多思考運(yùn)動(dòng)的天賦，思考如何通過(guò)運(yùn)動(dòng)來(lái)表達(dá)自己。我們的機(jī)器人動(dòng)作非常好。我們發(fā)現(xiàn)人類舞者與機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式是關(guān)聯(lián)的，舞蹈指導(dǎo)會(huì)把這些統(tǒng)一起來(lái)，不管是兩條腿還是四條腿。當(dāng)你不一定有動(dòng)物運(yùn)動(dòng)或人類行為的模板時(shí)，只需要更努力地思考如何去做某事，對(duì)于更務(wù)實(shí)的商業(yè)行為也是如此。

　　你們教機(jī)器人跳舞、做體操或跑酷的經(jīng)歷，對(duì)你們機(jī)器人的商業(yè)應(yīng)用有什么啟發(fā)？

　　我們認(rèn)為舞蹈和跑酷固有的技能，如靈活性、平衡和感知，是各種機(jī)器人應(yīng)用的基礎(chǔ)。也許更重要的是，在建立新的機(jī)器人能力和享受樂(lè)趣之間找到交集，一直是波士頓動(dòng)力機(jī)器人前進(jìn)的秘訣。

　　當(dāng)你讓機(jī)器人在幾天內(nèi)實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作達(dá)到極限時(shí)，你會(huì)學(xué)到很多關(guān)于硬件魯棒性的知識(shí)。通過(guò)產(chǎn)品化，Spot變得非常魯棒，幾乎不需要維護(hù)。一旦你教會(huì)它，它就可以整天跳舞。

　　它今天如此強(qiáng)大，是因?yàn)槲覀儚囊郧捌婀侄腥さ氖虑橹袑W(xué)到了教訓(xùn)。你必須進(jìn)入未知的領(lǐng)域，才能知道你不知道的事情。

　　兩天拍完，未做剪輯

　　通過(guò)觀看視頻，很難知道這背后需要花費(fèi)多少時(shí)間，以及它們?cè)诙啻蟪潭壬洗砹藱C(jī)器人的實(shí)際能力。你能談?wù)剢幔?/strong>

　　我試著在這個(gè)視頻的背景下回答，我認(rèn)為我們發(fā)布的所有視頻都是如此。我們努力去做一件事，一旦做成，它就成功了。對(duì)于Atlas來(lái)說(shuō)，大多數(shù)機(jī)器人控制都是來(lái)自我們以前的工作，比如在跑酷上做的工作，讓我們走上了使用模型預(yù)測(cè)控制器來(lái)考慮動(dòng)力學(xué)和平衡的道路。

　　我們用這些在機(jī)器人上運(yùn)行一組舞步，這些舞步是我們與舞蹈演員和編舞一起離線設(shè)計(jì)的。所以，我們花了很多時(shí)間，用幾個(gè)月來(lái)思考舞蹈、構(gòu)思動(dòng)作、在模擬中迭代。

　　跳舞需要很大的力量和速度，所以我們甚至升級(jí)了阿特拉斯的一些硬件，讓它更有力量。舞蹈可能是我們迄今為止所做的最有力量的事情。盡管你可能認(rèn)為跑酷看起來(lái)更具爆發(fā)力，但你在舞蹈中的運(yùn)動(dòng)量和速度令人難以置信。這也花了我們幾個(gè)月的時(shí)間，讓機(jī)器擁有與算法一致的能力。

　　你看到的這段視頻，我們只拍攝了兩天。大部分時(shí)間都花在了研究如何讓攝像機(jī)在一群機(jī)器人中移動(dòng)，來(lái)拍攝連續(xù)兩分鐘的鏡頭。當(dāng)我們多次跑著拍攝舞蹈動(dòng)作時(shí)，就可以非?？煽康刂貜?fù)它。

　　在開(kāi)場(chǎng)的兩分鐘鏡頭中，沒(méi)有剪輯或拼接。

　　硬件肯定有一些需要維護(hù)的故障，我們的機(jī)器人有時(shí)會(huì)絆倒。這些行為不會(huì)被產(chǎn)品化，也不是100%可靠，但它們是可重復(fù)的。我們誠(chéng)實(shí)地展示了我們能做的事情，而不是我們?cè)?jīng)做過(guò)的事情。我認(rèn)為，當(dāng)我們已經(jīng)取得了一些成就后，是需要誠(chéng)實(shí)的，這對(duì)我們來(lái)說(shuō)肯定很重要。

　　你提到Spot現(xiàn)在已經(jīng)穩(wěn)定到可以跳一整天的舞了。那Atlas怎么樣？如果你不斷更換電池，它也能跳一整天嗎？

　　Atlas，作為一個(gè)世界上只有少數(shù)幾臺(tái)的機(jī)器人，它們很復(fù)雜，可靠性不是主要關(guān)注點(diǎn)。我們肯定會(huì)不時(shí)讓機(jī)器人休息一下。但是硬件的魯棒性真的很不錯(cuò)。如果沒(méi)有這種魯棒性，我們根本無(wú)法制作視頻。

　　我認(rèn)為Atlas更像一架直升機(jī)，你花在維護(hù)上的時(shí)間，相比花在操作上的時(shí)間更多。而對(duì)于Spot，人們的期望是它更像一輛車，你可以運(yùn)行它很長(zhǎng)時(shí)間。

　　軟硬件技術(shù)細(xì)節(jié)

　　當(dāng)你教Atlas做新的事情時(shí)，它用到了任何機(jī)器學(xué)習(xí)嗎？如果沒(méi)有，為什么？

　　作為一家公司，我們已經(jīng)探索了很多東西，但是Atlas現(xiàn)在沒(méi)有使用學(xué)習(xí)控制器。我期待有一天我們會(huì)的。

　　Atlas目前的舞蹈表演使用了我們所謂的反射控制，這是對(duì)力的反應(yīng)、在線和離線軌跡優(yōu)化以及模型預(yù)測(cè)控制的結(jié)合。我們利用這些技術(shù)，因?yàn)樗鼈兪墙怄i真正高性能的可靠方法，并且我們知道如何很好地使用這些工具。至于這些工具能做到什么，現(xiàn)在我們還沒(méi)有探索到路的盡頭。

　　我們們計(jì)劃使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)擴(kuò)展和構(gòu)建我們開(kāi)發(fā)的軟件和硬件基礎(chǔ)，但我認(rèn)為我們和社區(qū)仍然在努力找出應(yīng)用這些工具的正確方式。這是我們自然發(fā)展的一部分。

　　目前Atlas的大部分運(yùn)動(dòng)來(lái)自于它的下半身，但是跑酷也利用了上半身的力量和敏捷，我們最近看到一些概念圖片顯示，Atlas在做支撐跳躍和引體向上。您能告訴我們更多嗎？

　　人類和動(dòng)物用腿做的事情很神奇，但是用全身做的事情更神奇。我認(rèn)為跑酷提供了一個(gè)奇妙的框架，讓我們能夠朝著全身靈活性的方向前進(jìn)。

　　散步和跑步只是這段旅程的開(kāi)始。我們正在經(jīng)歷更復(fù)雜的動(dòng)作，如跳躍和旋轉(zhuǎn)，這是我們過(guò)去幾年一直在努力的方向。我們下一步是探索如何用手臂來(lái)擴(kuò)展這種靈活性。

　　我給Atlas團(tuán)隊(duì)的任務(wù)之一是，像利用腿一樣利用手臂，來(lái)增強(qiáng)和擴(kuò)大機(jī)動(dòng)性，我對(duì)未來(lái)幾年要做的事情感到非常興奮，因?yàn)槲覀儗⒂袡C(jī)會(huì)利用Atlas做令人激動(dòng)的事情。

　　您對(duì)機(jī)器人的液壓驅(qū)動(dòng)和電驅(qū)動(dòng)有什么看法？

　　在我波士頓動(dòng)力的職業(yè)生涯中，我曾強(qiáng)烈地感受到不同類型技術(shù)的聯(lián)系。我真的認(rèn)為這不再是非此即彼的問(wèn)題。

　　我認(rèn)為不同驅(qū)動(dòng)技術(shù)的選擇，取決于你制造的機(jī)器人的大小，你想讓機(jī)器人做什么，你想讓它去哪里，以及其他許多因素。

　　這兩種驅(qū)動(dòng)器都是很好的，我喜歡同時(shí)使用。我們已經(jīng)非常成功地使用了這兩種驅(qū)動(dòng)器來(lái)制造機(jī)器人。

　　對(duì)我來(lái)說(shuō)，液壓驅(qū)動(dòng)器和電驅(qū)動(dòng)器之間唯一明顯的區(qū)別可能在于規(guī)模。制造微小的液壓設(shè)備真的很有挑戰(zhàn)性，業(yè)內(nèi)很少有人做這樣的事情。相反，這個(gè)行業(yè)也不傾向于制造大規(guī)模的電氣設(shè)備。所以，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，這是兩種技術(shù)之間的自然劃分。

　　展望

　　除了你所在的波士頓動(dòng)力，最近還有什么讓你感興趣的機(jī)器人研究？

　　我真的很喜歡追蹤感知、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、地形感知方面的進(jìn)展，這些領(lǐng)域能做的越好，我們能做的就越多。

　　對(duì)我個(gè)人來(lái)說(shuō)，我喜歡的是操縱研究，特別是它提高了我們對(duì)復(fù)雜的、基于摩擦的相互作用的理解，比如滑動(dòng)和推動(dòng)，或者移動(dòng)像繩索這樣的柔性物體。我們看到了一種轉(zhuǎn)變，從僅僅捏東西、拿東西、移動(dòng)和放下東西，到與環(huán)境更有意義的互動(dòng)。

　　我認(rèn)為，對(duì)這種操縱方式的研究將釋放移動(dòng)操縱器的潛力，我認(rèn)為這將真正打開(kāi)機(jī)器人與世界互動(dòng)的豐富能力。

　　你還想讓人們從這個(gè)視頻中獲得什么嗎？

　　我花了這么多時(shí)間沉浸在機(jī)器人學(xué)中，并對(duì)機(jī)器人是什么，以及它的能力和局限性有著深刻的理解。我有個(gè)強(qiáng)烈的愿望是，讓更多的人花更多的時(shí)間與機(jī)器人在一起。

　　我們?cè)赮ouTube上看到很多人對(duì)視頻的意見(jiàn)和想法。在我看來(lái)，如果更多的人有機(jī)會(huì)思考、學(xué)習(xí)和花時(shí)間與機(jī)器人在一起，這種新的理解水平，可以幫助他們想象機(jī)器人在日常生活中新的用途。我認(rèn)為這種可能性真的很令人激動(dòng)，我只是希望更多的人能夠踏上這段旅程。