楊凈 發自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI
中科大團隊最新研發的軟體機器人，有點接地氣！
他們主要是受象鼻啟發。
造出來的機器人是醬紫的。
跟以往普遍應用于深海研究、醫療康復、制造等領域不同的是，它主要應用在我們的日常生活中。
比如，給女朋友擰瓶蓋。
嗯，首先你得有個女朋友。
還可以開車轉手輪。
以及一些像開門、開抽屜、擦玻璃之類的日常任務，也統統不在話下。
這一軟體機器人由中科大計算機學院陳小平教授領銜打造，其研究成果入選機器人頂刊IJRR。
具體是如何實現的呢？
如何實現？
這個機器人最大的特點，就是蜂巢氣動網絡結構。
基于這種結構，制備了像象鼻一樣兼具靈活度和大負載能力的軟體手臂，其負載能力約為3Kg，負載自重比達到了1:1。
拆解來看，就是蜂巢結構和氣囊的結合。
蜂巢的六邊形結構密度小、壓縮性能和剪切性能高，可為氣動網絡結構內部提供骨架，具有很好的支撐性。
這一結構是使用桌面級3D打印機打印的，也就決定了這一機器人成本低、易制備。
團隊成員表示，目前，最短兩天就可以打印出一只60cm長的手臂，成本在3500元左右（包含材料費和打印服務費）。
如果以后實現量產，使用模具制作可以進一步將制備時間縮短至分鐘級別。
而氣囊是彈性體內部的一系列通道和腔室。當氣囊充氣時，依靠蜂巢的結構形變，能產生不同方向的彎曲運動或者伸長運動。
氣囊的制備使用的是成熟的尼龍布加工工藝，每條手臂大約需要250個氣囊，總成本約1000元。
除了蜂巢結構和氣囊外，還有用于驅動手臂運動的比例調壓閥，是工業上常用的氣動元件。
整個手臂使用了16個比例調壓閥進行控制，成本約3萬元。
下一步我們將自研低成本驅動系統，進一步降低總成本。
因此可以說，整個制備過程比較容易，各個元件都已經有成熟的解決方案。
有了大體結構，就要看如何執行交互任務了。
研究團隊提出了兩種控制方法。
第一種是基于簡化Jacobian模型的反饋控制，利用機器人在交互過程中不受環境影響的運動規律。
第二種是基于Q-learning的控制方法，通過設置虛擬目標來增加訓練數據。
受人執行操縱任務的啟發，研究團隊還實現了分層控制系統，包含行為規劃器和行為控制系統兩個部分。
而行為控制系統，又區分為高層行為控制器、低層運動控制器和控制終端。
具體來說，當執行某項任務時，先由要行為規劃器，規劃出做什么的動作。
以轉手輪為例，只需要“向前，向下，向后，向上”這四個行為，就能將手輪轉動一圈。
然后再由高層行為控制器，在三維空間里設定目標，然后傳給低層運動控制器，引導手臂沿著指定的方向。
而這里的“引導”，是指低級運動控制器為控制終端產生電壓，以產生相應的壓力來驅動軟臂。
最終，證明了在這一系統的控制下，軟體機器人能在沒有力傳感器和環境精確模型的情況下，像人一樣完成簡單的交互任務。
背后的團隊
而這一機器人，由中科大計算機學院陳小平教授團隊打造。
據介紹，該團隊在軟體機器人領域研究近十年，曾先后獲得IEEE ROBIO 2016最佳會議論文獎和哈佛大學軟體機器人挑戰賽第二名。
團隊成員表示，
接下來團隊將繼續從自然界汲取靈感，開展軟體機器人的相關研究，拓展機器人技術的邊界，爭取早日讓機器人早日走進千家萬戶。
