[科普中国]-教机器人像人一样走路有多难？

作者：莔莔

审核专家：谢广明，北京大学工学院教授，博士生导师

从远古的希腊神话时代开始，就存在有众多关于人造人、自动人偶的故事。在伊利亚特中，工匠之神赫菲斯托斯曾经打造过黄金少女作为宫殿的侍女；而在阿尔戈英雄纪中，守护克里特岛的塔罗斯也是一个由青铜制造的巨人。从古至今，人类总是梦想着创造出和自己相似的化身——能够思想，能够交流，能够行动的仿人机器人。在文艺复兴巨匠达芬奇留下的手稿中，也曾找到一张有关于机器人的设计图，描绘了他对于未来仿人机器人的设想。

(《达芬奇》剧照。)

而在古老的中国，最早有关于仿人机器人的故事，可以追溯到春秋战国时期《列子·汤问》中的偃师。偃师是一名技艺高超的工匠，他为周穆王献上了一具与真人无异的自动人偶。这个人偶不仅能歌善舞，还在表演的过程中向周穆王的侍妾暗送秋波，引得周穆王大怒，以为偃师是用了一个真人来骗他。偃师连忙将人偶剖开，里面尽是一些皮革、木料等等，周穆王才转怒为喜，赞赏了偃师的技艺。

机器人（Robot）一词源于斯拉夫语，意思是“ 奴役的劳动力 ”；而用来形容机器人研究这一领域的机器人学（Robotics）一词，则是由科幻作家艾萨克·阿西莫夫创造的。包括阿西莫夫在内的同时代的科幻小说作家们，对仿人机器人都有着强烈的憧憬与期待，因此也产生了众多围绕仿人机器人展开的故事。这些仿人机器人有的是能洗衣做饭的万能管家，有的是能推理破案的星际侦探，有的甚至成为了管理星球的政府官员。直到今天，我们也仍然会被这些天马行空的畅想所感染和激励。

(艾萨克·阿西莫夫（Isaac Asimov）。图片来源：Wikimeida Commons)

即便在今天，仿人机器人仍然是机器人领域最热门的话题之一。不过令人遗憾的是，机器人技术的发展远远没有科幻小说中所描绘的那样顺利。尽管工业机器人已经在工厂、物流等诸多领域得到了广泛应用，但是仍然没有仿人机器人能够像人类一样完成打扫卫生、做饭洗衣等等看似简单实际却十分复杂的任务。而这背后本质的原因在于， 机器人还无法靠自身对环境的变化做出正确而快速的响应。

人类之所以能够对外部环境的变化做出快速反应，不单单依靠大脑，还依赖于遍布全身的神经系统所形成的反射回路。与之类似，在仿人机器人的设计过程中，完全依赖于中央处理器也无法满足快速响应的需求。北京理工大学黄强团队领导的项目小组， 发明了基于人体运动规律的仿人机器人运动规划方法，通过局部反馈模型来模拟人类的神经反射行为，以应对环境的突发变化。

(图片来源：Pixabay)

对于仿人机器人来说，能够平稳地行走也是一项必备的技能。人体为了保持平衡，需要综合运用到视觉、内耳、小脑等多个器官进行感知与调节，机器人也是一样。黄强团队领导的项目小组发明了多模态协调的控制方法，通过融合不同传感器得到的数据，有效提高了仿人机器人运动的自然性、稳定性。

具有更强反应能力与更佳平衡能力的仿人机器人，不仅能够行走、爬行和翻滚，还能够适应各种崎岖的路面，防止在执行任务的过程中摔倒。相信在不远的将来，像偃师故事中那样能歌善舞的机器人也会出现在我们的生活中。

仿人机器人关键技术及应用

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排版：凝音

题图来源：Pixabay