“阿特拉斯”的驚艷后空翻到“菲多爾”人形機(jī)器人會(huì)使用各種工具，標(biāo)志著機(jī)器人技術(shù)已從行走、單腿站立、跳躍、上下樓梯、躲避障礙物等低層次機(jī)械重復(fù)動(dòng)作，向后空翻、開(kāi)槍射擊、自主導(dǎo)航等“高大上”精細(xì)運(yùn)動(dòng)技能方向發(fā)展。尤其是美國(guó)“索菲婭”人形機(jī)器人首次被沙特授予公民身份，加速了人形機(jī)器人的“合法化”進(jìn)程。

人形機(jī)器人技術(shù)的突飛猛進(jìn)，得益于人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，取決于巧妙絕倫的仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和日新月異的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理

所謂人形機(jī)器人，是指模仿人類(lèi)雙腿步行的仿生機(jī)器人，它具有一定智能水平，是仿生機(jī)器人中更靈巧、更智能的復(fù)雜機(jī)器人系統(tǒng)。合理的仿生設(shè)計(jì)是人形機(jī)器人發(fā)揮功能作用的基礎(chǔ)。

其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于仿生學(xué)原理，在提取人類(lèi)結(jié)構(gòu)精髓的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化，開(kāi)發(fā)出由各種關(guān)節(jié)組成的高度靈活性的類(lèi)人機(jī)器人，通常由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、減速機(jī)構(gòu)、傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器等組成，模仿人的運(yùn)動(dòng)生理結(jié)構(gòu)。

“阿特拉斯”人形機(jī)器人是由模擬人體結(jié)構(gòu)和外形大小的兩條胳膊、兩條腿、軀干和頭部等組成，其身高1.88米，重150千克。韓國(guó)“HUBO”機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)特，在雙膝上裝有主動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪，腳上配有被動(dòng)輪，使其能在平地上快速而穩(wěn)定地運(yùn)動(dòng)。美國(guó)卡內(nèi)基·梅隴大學(xué)的“CHIMP”機(jī)器人采用可變形結(jié)構(gòu)，使其既能像人類(lèi)一樣雙腿直立，亦可將兩個(gè)下肢變形成兩個(gè)履帶，或?qū)⑺闹冃螢槁膸ЫY(jié)構(gòu)，還可根據(jù)任務(wù)不同靈活變換結(jié)構(gòu)，如采用雙履帶結(jié)構(gòu)移至車(chē)門(mén)，用雙臂開(kāi)門(mén)，隨后變形為雙腿直立結(jié)構(gòu)下車(chē)。

驅(qū)動(dòng)技術(shù)日新月異

驅(qū)動(dòng)技術(shù)是人形機(jī)器人的動(dòng)力來(lái)源。人形機(jī)器人一般采用液壓、電機(jī)、形狀記憶合金和氣動(dòng)人工肌肉等驅(qū)動(dòng)技術(shù)，憑借良好的抗干擾性能，人形機(jī)器人一誕生就備受關(guān)注。

最初的“阿特拉斯”人形機(jī)器人是基于波士頓動(dòng)力公司早期的“佩特曼”人形機(jī)器人研發(fā)改進(jìn)而來(lái)，全身采用28個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，動(dòng)力來(lái)自于功率為15千瓦的480伏三相電源，配備嵌入式液壓泵，使用身體和腿部的傳感器維持平衡，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)閉環(huán)位置和力量的控制，具有出色的行走、單腿站立、跳躍、上下樓梯、躲避障礙等能力。改進(jìn)型“阿特拉斯”去除了電源插頭，更新了除小腿和腳之外約75%的系統(tǒng)，配備新型液壓泵，調(diào)整了其臀部、膝蓋和背部的驅(qū)動(dòng)器，能在摔倒后自行起立，并具備無(wú)線通信能力。

動(dòng)力裝置采用可持續(xù)供電1小時(shí)的3.7千瓦鋰離子電池，這是機(jī)器人最終能走出實(shí)驗(yàn)室的關(guān)鍵。日本“HRP-2”人形機(jī)器人采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，配裝緊湊型液冷電機(jī)和高輸出驅(qū)動(dòng)模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)在高轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)矩狀態(tài)下不產(chǎn)生過(guò)熱問(wèn)題。

控制技術(shù)日臻成熟

運(yùn)動(dòng)控制和功能控制是人形機(jī)器人控制的主要內(nèi)容。其中，運(yùn)動(dòng)控制涉及步態(tài)規(guī)劃、步態(tài)控制以及高難度精細(xì)動(dòng)作控制。如何設(shè)計(jì)步行機(jī)器人的腿間作用機(jī)制，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地形條件下的身體平衡自適應(yīng)調(diào)整，生成穩(wěn)健自如的自由步態(tài)，是必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

在“機(jī)動(dòng)性與操縱能力最大化”項(xiàng)目下，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局已與多家研究機(jī)構(gòu)簽訂合同，開(kāi)展機(jī)器人控制技術(shù)研究，涉及基于環(huán)境的動(dòng)態(tài)步態(tài)選擇、身體重心調(diào)節(jié)以及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制等多個(gè)方面。美國(guó)HRL實(shí)驗(yàn)室還將開(kāi)展腿形運(yùn)動(dòng)、生物運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)、深化對(duì)生物運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知研究，使人形機(jī)器人無(wú)論是在一馬平川的平坦地面，還是在崎嶇不平的山區(qū)，都能獲得高速、靈巧的運(yùn)動(dòng)能力。

美國(guó)“阿特拉斯”和俄羅斯“菲多爾”機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的重點(diǎn)主要集中在高難度精細(xì)動(dòng)作的突破上?！鞍⑻乩埂比诵螜C(jī)器人配備嵌入式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)、激光雷達(dá)、立體傳感器、專(zhuān)用傳感器和感知算法軟件等，可實(shí)時(shí)感知并計(jì)算控制力，不但能使身體在運(yùn)動(dòng)控制中保持平衡，還具備強(qiáng)大的目標(biāo)探索識(shí)別能力，能夠在室內(nèi)和室外進(jìn)行自主導(dǎo)航。

俄羅斯“菲多爾”人形機(jī)器人具有靈活的手指，可以使用各種工具，并具備一定的自主學(xué)習(xí)能力，能在規(guī)定場(chǎng)景中拿起儀器并操作，尤其是具備精準(zhǔn)的射擊能力，使其在軍事作戰(zhàn)方面表現(xiàn)出巨大的潛力。該機(jī)器人將成為俄羅斯“聯(lián)邦”號(hào)新型宇宙飛船2021年首飛時(shí)的唯一“乘客”，并將參與2031年俄羅斯的探月計(jì)劃。

隨著人工智能技術(shù)研究的持續(xù)深入，各種高智能、多功能、反應(yīng)快的人形機(jī)器人將不斷“橫空出世”。目前，一些軍事強(qiáng)國(guó)正在積極研發(fā)具有一定思維、分析和判斷能力，能夠辨別敵我的“機(jī)器人士兵”，它們不僅能從事繁重的勤務(wù)支援保障工作，還可以直接遂行作戰(zhàn)任務(wù)。屆時(shí)，組建人形機(jī)器人部隊(duì)走上一線戰(zhàn)場(chǎng)，將不再是科幻大片的場(chǎng)景。