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深度剖析阿特拉斯機器人的功能展示

從一個平臺跳躍到另一個平臺，再來一個后空翻！日前，一段人形機器人完美玩轉(zhuǎn)后空翻的視頻在互聯(lián)網(wǎng)上流傳開來，使人形機器人“阿特拉斯”（Atlas）一舉成為“網(wǎng)紅”。以希臘神話中力大無窮、雙肩支撐蒼天的擎天神來命名，“阿特拉斯”果然不負眾望，以鋼筋鐵骨之軀實現(xiàn)了漂亮的后空翻，標志著機器人研究領(lǐng)域的又一次飛躍。現(xiàn)有的機器人“王國”包括固定、輪式、履帶式、雙足及多足等不同“種群”。以雙足和多足為主要特征的腿足機器人對惡劣地形環(huán)境適應(yīng)能力更強、研制難度更高，代表著機器人研究領(lǐng)域的技術(shù)巔峰。長期以來，各軍事大國都對腿足機器人研究表現(xiàn)出強烈興趣。開展“阿特拉斯”等腿足機器人研究，背后就是軍事應(yīng)用的巨大需求牽引。翻個筋斗到底有多難不就是機器人翻個“筋斗”，這還能有多難？不過，后空翻畢竟是個難度極高的動作，常人不易做到，就是體操運動員也要訓(xùn)練多時才能完成。此次進軍“體操”界的機器人“阿特拉斯”，本身就是個“膘肥體壯”的大型雙足機器人，除在移動過程中要保持平衡外，還需要用雙腿來平衡體積龐大的上半身。為完成“后空翻”這個看似不可能完成的任務(wù)，“阿特拉斯”從起跳、空翻到平穩(wěn)著地，整個過程需要手、腳、腰同時運動。它的“大腦”必須通過數(shù)學公式預(yù)先精確計算好各個部位的運動線路、方向和角度，然后機械地控制起、轉(zhuǎn)和落地。萬事開頭難。就起跳而言，“阿特拉斯”需要提前對整個過程進行精確規(guī)劃。更重要的是，“阿特拉斯”要有強勁有力的雙腿，如果力量不夠大，就不能給翻轉(zhuǎn)留出足夠的時間，更談不上后續(xù)的動態(tài)調(diào)整?！鞍⑻乩埂蹦壳耙呀?jīng)配備了內(nèi)置驅(qū)動電池，通過有效的電量管理，可在瞬間爆發(fā)出驚人的巨大能量。其實，空中翻轉(zhuǎn)過程才是真正“見功夫”的動作?！鞍⑻乩埂笔且粋€多自由度、多剛體的機器人系統(tǒng)，姿態(tài)的精準控制異常復(fù)雜，需要機器人體內(nèi)各類姿態(tài)傳感器實時回傳狀態(tài)參數(shù)。通過匯聚來自“身體”各個部位的姿態(tài)信息，它的“運動中樞”才能根據(jù)算法進行控制決策，不斷優(yōu)化各個部位的參數(shù)指標。在空中的“阿特拉斯”處于拋物線運動狀態(tài)，必須通過隨時改變姿態(tài)在落地前找準“亮相”的最佳姿勢。即便一路“闖關(guān)”，“阿特拉斯”要想“平安著陸”也遠沒有想象的那么簡單。落地過程中需要應(yīng)對沖擊處理和保持平衡，無論是何種接觸面，“阿特拉斯”在與地面接觸的瞬間都將受到巨大的接觸撞擊。此時要利用液壓伺服控制系統(tǒng)，來有效減輕瞬間沖擊力。“阿特拉斯”的腳部也會安裝多維力傳感器，對腳的受力狀態(tài)進行輔助控制。同時，落地一瞬間“阿特拉斯”的“關(guān)節(jié)”位置上移或下移一點，都有可能導(dǎo)致重心不穩(wěn)而摔倒，這對精準控制提出了更高要求。 “男一號”展示新技能說起軍用機器人，我們的第一反應(yīng)就是輪式或履帶式，配備有機械手和傳感器的笨拙機器。在《機械公敵》《終結(jié)者》這些科幻電影中，機器人已被描繪成雙腿站立的“鋼鐵勇士”。如今，以人形機器人為代表的腿足機器人正走上發(fā)展完善的“快車道”，而“阿特拉斯”正是其中的佼佼者。通過不斷改進升級，“阿特拉斯”可以“走路”穿越各種地形，攀爬并扛起重物，手部還能完成開門和抓取物體的動作。通過身上搭載的激光雷達和各類傳感器，這家伙還擁有避障和識別物體的能力。研究人員曾經(jīng)讓“阿特拉斯”在一塊2厘米寬的木板上“金雞獨立”，它竟然成功堅持了20多秒。如今，“阿特拉斯”再次解鎖新技能，除可實現(xiàn)漂亮的后空翻外，它還變得更加輕便靈巧。即便是后空翻失誤摔倒了，它也能自己爬起來。在“阿特拉斯”成為“網(wǎng)紅”之前，還有一款腿足機器人因酷似“木牛流馬”而引發(fā)廣泛關(guān)注，那就是“大狗”機器人?！按蠊贰钡恼婷麨椤安奖嘟M支援系統(tǒng)”，是由波士頓動力公司與美國國防部高級研究計劃局共同研制的產(chǎn)品?！按蠊贰斌w重109千克，奔跑速度可達6.4公里/小時，最大爬坡度35度。與其說“大狗”是一只機器“狗”，還不如說它是一只機器“騾子”。“大狗”主要模仿四足動物，在地形復(fù)雜的戰(zhàn)場上運送物資，能夠攜帶輜重在崎嶇不平的山路上行走30公里。不過，看起來不錯的“大狗”被送到阿富汗前線后，使用起來聲音大，隱蔽性差，且在戰(zhàn)場上難以修理，并沒有被正式列裝到美軍作戰(zhàn)部隊。 “機器戰(zhàn)士”或?qū)F(xiàn)身未來戰(zhàn)場早在阿富汗戰(zhàn)場和伊拉克戰(zhàn)場上，美軍的軍用機器人就已經(jīng)大顯身手。但這些機器人多是輪式或履帶式，越障能力差、地形適應(yīng)能力不強。以“阿特拉斯”為代表的機器人能站立、行走和奔跑，有可能改變未來戰(zhàn)爭模式，把整個戰(zhàn)場攪個“翻江倒?！薄Ｔ缭?015年初，俄羅斯總統(tǒng)普京就曾參觀過同樣“聰明靈巧”的人形作戰(zhàn)機器人，這個機器人甚至還能騎摩托車。這些已經(jīng)具備執(zhí)行偵察監(jiān)視、警戒執(zhí)勤和精確打擊等作戰(zhàn)能力的軍用機器人，或?qū)⒃谖磥響?zhàn)場上演驚心動魄的機器人大戰(zhàn)。未來戰(zhàn)場情況復(fù)雜多變，“阿特拉斯”等機器人在山地作戰(zhàn)和城市作戰(zhàn)中，更能發(fā)揮出其機動靈活的特性，達到更好的作戰(zhàn)效果。美國國防部資助的“壁虎”（Rise）機器人，就有6條電動馬達驅(qū)動的機械腿，爬樹或翻墻都不在話下，目標直指特種偵察。就連“大狗”等腿足機器人未來也不僅僅只是個“馱夫”，還能加裝武器和防護裝甲，成為步兵火力支援平臺，更好地協(xié)同人類作戰(zhàn)。其實，耗費心血研發(fā)“阿特拉斯”，人們更是在為自己找尋一件“鐵甲戰(zhàn)衣”。美國國防部早就利用同類技術(shù)研制可綁在士兵腿上的“機器腿”，也被稱作外骨骼增強器。這種“機器腿”能讓單兵背負物資重量大幅提升，還能減輕長期負重的疲勞，加快行軍速度，將每名士兵變身為“機器戰(zhàn)士”。通過對“阿特拉斯”手腳活動能力的“參悟”，人們還將開發(fā)出更加神奇的“機械手”。目前，擁有機械手的人形機器人已經(jīng)能夠進入危險環(huán)境中作業(yè)，在處理核事故、爆炸物等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。當然，“阿特拉斯”的“從軍路”依舊布滿荊棘。一般而言，機器人在完成同等任務(wù)時的能量消耗超過人類的100倍，續(xù)航能力存在一定缺陷。此外，機器人的精準操控和平衡問題是尚未完全解決的技術(shù)難題，仍有待完善和發(fā)展。

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