選自IEEE Spectrum

作者：Evan Ackerman

機(jī)器之心編譯

編輯：小舟、張倩

機(jī)器人怎么學(xué)會(huì)跳舞的？最新視頻有無作假？…… 波士頓動(dòng)力工程副總裁 Aaron Saunders 為大家一一解惑。

一周前，波士頓動(dòng)力上傳了一段，人形機(jī)器人 Atlas、機(jī)器狗 Spot、雙輪機(jī)器人 Handle 伴隨著 The Contours 的歌曲《Do You Love Me》翩翩起舞，該視頻的觀看量已達(dá) 2400 多萬次。

這段視頻的獨(dú)特之處在于其藝術(shù)性。在此之前，人形機(jī)器人 Atlas 可以完成一些實(shí)際任務(wù)，也可以做一些體操運(yùn)動(dòng)和跑酷運(yùn)動(dòng)，但跳舞確實(shí)是件新鮮事。

為了了解這段舞蹈背后的故事，IEEE Spectrum 采訪了波士頓動(dòng)力公司工程副總裁 Aaron Saunders。Saunders 從 2003 年開始就在波士頓動(dòng)力工作，是波士頓動(dòng)力「LittleDog」機(jī)器人的兩位設(shè)計(jì)者之一。同時(shí)，他也是 Atlas 項(xiàng)目的重要成員，從項(xiàng)目伊始就參與研發(fā)，在過去的幾年中，Saunders 一直是 Atlas 的負(fù)責(zé)人。

以下是采訪的具體內(nèi)容。

您如何看待網(wǎng)友對(duì)這段機(jī)器人跳舞視頻的反應(yīng)？

我們收到了對(duì)這段視頻的各種期待，這絕對(duì)是非常大的樂趣。YouTube 上的回應(yīng)為我們刷新了紀(jì)錄：我們收到了數(shù)百封電子郵件和電話。致電者表達(dá)了他們的熱情，并分享了他們對(duì)我們下一步工作、對(duì)這首歌以及對(duì)機(jī)器人舞步的看法，這些建議都很有趣。我最喜歡的回應(yīng)是從我 94 歲的奶奶那里得到的。她觀看了這段視頻，然后發(fā)送了一條信息，詢問是不是我教會(huì)這些機(jī)器人跳舞的。我認(rèn)為這段視頻的受眾比預(yù)期廣泛，原因是它將經(jīng)典音樂和新技術(shù)融合在了一起。

此前我們并沒有見過 Atlas 有這樣的動(dòng)作，您能講講這是如何做到的嗎？

首先，我們與舞者和編舞合作，編出了一套舞蹈動(dòng)作，以此來作為這段舞蹈的基礎(chǔ)。對(duì) Atlas 來說，最大的挑戰(zhàn)就是將人類的舞蹈動(dòng)作改編成機(jī)器人可以做到的動(dòng)作。為此，我們使用仿真模擬來快速迭代動(dòng)作概念，同時(shí)從編舞者那里征求反饋，使得編出的動(dòng)作在 Atlas 力量和速度所允許的范圍內(nèi)。這個(gè)過程需要迭代多次——舞者和編舞會(huì)跳出他們想讓我們實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作，工程師會(huì)盯著屏幕看，給出各種評(píng)價(jià)，比如「這個(gè)簡(jiǎn)單」、「這個(gè)很難」或「這個(gè)嚇到我了」。然后我們會(huì)展開討論，在模擬中嘗試不同的情況，對(duì)動(dòng)作做出調(diào)整，以找到可以在 Atlas 上執(zhí)行的動(dòng)作集。

在整個(gè)項(xiàng)目中，隨著我們構(gòu)建的工具越來越多，創(chuàng)建新舞蹈動(dòng)作所需的時(shí)間變得越來越短。例如，在開始拍攝的前一天，我們使用工具鏈創(chuàng)建了一個(gè) Atlas 芭蕾動(dòng)作，僅用一天就創(chuàng)建成功。因此，這個(gè)過程不是手動(dòng)創(chuàng)建腳本或手動(dòng)編碼，而是創(chuàng)建一條允許你嘗試各種動(dòng)作的 pipeline，你可以通過各種輸入來描述這些動(dòng)作，并讓機(jī)器人執(zhí)行。

在將人類舞蹈動(dòng)作轉(zhuǎn)換為 Atlas 動(dòng)作的過程中，是否遇到了非常困難的問題？或者有沒有 Atlas 能比人類做得更好的地方？

芭蕾舞中的一些旋轉(zhuǎn)動(dòng)作需要更多次迭代才能在 Atlas 上執(zhí)行，因?yàn)檫@種動(dòng)作和跳躍、奔跑相差最大，我們的經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少。它們對(duì)機(jī)器和軟件都提出了新的挑戰(zhàn)。我們學(xué)到的教訓(xùn)是：不要低估舞者的靈活性和力量。我們選的都是優(yōu)秀的舞者，讓機(jī)器人去做他們的動(dòng)作確實(shí)太難了。

從根本上講，我認(rèn)為 Atlas 并不具備這些舞者所具備的運(yùn)動(dòng)能力和力量，但我們會(huì)繼續(xù)朝著這個(gè)方向改進(jìn)。因?yàn)槲覀兿嘈?，如果想讓機(jī)器人廣泛應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域，最終走入家庭，這樣的性能是它們必不可少的。

機(jī)器人真正擅長(zhǎng)的事情是以完全相同的方式一遍又一遍地重復(fù)做一件事，因此，當(dāng)我們令其執(zhí)行我們想要的動(dòng)作時(shí)，機(jī)器人就可以重復(fù)執(zhí)行，同時(shí)我們會(huì)從不同的角度拍攝視頻。

我能夠理解您借助人類舞者幫助 Atlas 編舞，那么 Spot 和 Handle 是怎么做到的呢？

我們的合作者在對(duì)運(yùn)動(dòng)的思考上和在通過動(dòng)作表達(dá)自身的方式上都頗有才能。而且我們的機(jī)器人在動(dòng)態(tài)、平衡性等方面都表現(xiàn)良好。我們發(fā)現(xiàn)，舞者與機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式是有關(guān)聯(lián)的，編舞的人會(huì)將他們統(tǒng)一起來，這與腿的數(shù)目無關(guān)。當(dāng)沒有動(dòng)物或者人類行為的模板時(shí)，你就需要多動(dòng)點(diǎn)腦筋了。

教機(jī)器人跳舞、做體操動(dòng)作或跑酷這些經(jīng)驗(yàn)對(duì)機(jī)器人的商業(yè)應(yīng)用有什么啟發(fā)嗎？

我們認(rèn)為，機(jī)器人在跳舞和跑酷中掌握的技能，如敏捷度、平衡性和感知能力，對(duì)于許多機(jī)器人應(yīng)用而言是必需的。更重要的是，波士頓動(dòng)力機(jī)器人一直試圖在開發(fā)新技能與保持有趣之間找到交集，而這也是一種不錯(cuò)的方式。

一個(gè)很好的例子是，當(dāng)你讓機(jī)器人在幾天時(shí)間內(nèi)做這些動(dòng)作時(shí)，你會(huì)對(duì)硬件的魯棒性有更深的了解。Spot 機(jī)器人通過產(chǎn)品化流程變得非常魯棒，幾乎無需維護(hù)，它甚至可以跳一整天的舞。而其原因正是我們從之前那些或詭異或有趣的嘗試中學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。你必須踏入未知的領(lǐng)域，才能知道你不知道的事情。

人們很難通過觀看視頻看出這背后所花費(fèi)的時(shí)間，以及它們能夠在多大程度上代表機(jī)器人的真實(shí)能力。你可以談?wù)剢幔?p>

我嘗試從這個(gè)視頻出發(fā)來回答你的問題，當(dāng)然我們發(fā)布的所有視頻都是同樣的道理。我們努力做出一些什么，一旦做成，那么它也就成功了。對(duì)于 Atlas 來說，大部分機(jī)器人控制來自于之前的工作，例如學(xué)會(huì)跑酷使我們發(fā)現(xiàn)了一條使用模型預(yù)測(cè)控制器來控制機(jī)器人動(dòng)態(tài)和平衡的路徑。我們使用這些讓機(jī)器人執(zhí)行一組舞步，這些舞步是我們和舞者、編舞師一起離線設(shè)計(jì)的。我們花費(fèi)了大量時(shí)間——好幾個(gè)月去思考舞蹈、合成動(dòng)作，以及模擬迭代。

舞蹈需要力量和速度，我們甚至為此升級(jí)了 Atlas 的硬件，以給它更多力量。舞蹈可能是我們目前嘗試過的最需要力量的活動(dòng)，盡管跑酷看起來更有爆發(fā)力，但舞蹈所需的運(yùn)動(dòng)量和速度非常驚人。我們同樣花費(fèi)了大量時(shí)間，使機(jī)器具備算法的能力。

最終的視頻我們只拍了兩天，大部分時(shí)間用在了如何移動(dòng)攝像機(jī)在充斥多個(gè)機(jī)器人的現(xiàn)場(chǎng)捕捉一個(gè)連續(xù)兩分鐘的鏡頭。當(dāng)我們跑著拍攝這段齊舞多次之后，我們可以相當(dāng)靠譜地重復(fù)它。在最終的兩分鐘段落里，不存在任何剪輯。

當(dāng)然硬件還是存在問題的，它們需要維護(hù)，機(jī)器人有時(shí)候會(huì)跌倒。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。我們誠實(shí)地展示了機(jī)器人能做的事情，我認(rèn)為當(dāng)你聲稱自己實(shí)現(xiàn)一件事時(shí)，誠實(shí)是必要的，這對(duì)我們來說很重要。

你剛才提到 Spot 現(xiàn)在已經(jīng)足夠魯棒，可以跳一整天舞。那么 Atlas 呢？不停換電池的話，Atlas 也能跳一整天嗎？

世界上僅有為數(shù)不多的 Atlas 機(jī)器人，它們很復(fù)雜，可靠性并非其主要關(guān)注點(diǎn)。我們會(huì)讓 Atlas 時(shí)不時(shí)地休息一下，但其硬件的魯棒性確實(shí)不錯(cuò)。如果沒有魯棒性，這個(gè)視頻壓根就無法拍攝。我認(rèn)為 Atlas 有點(diǎn)類似直升機(jī)，其維護(hù)時(shí)間和使用時(shí)間的比率較高。而 Spot 更像汽車，你可以駕駛很長(zhǎng)時(shí)間再休整。

你在教 Atlas 執(zhí)行新的任務(wù)時(shí)，會(huì)用到機(jī)器學(xué)習(xí)嗎？如果沒有的話，為什么？

作為一家企業(yè)，我們已經(jīng)探索了非常多的事情，但 Atlas 目前并未使用學(xué)習(xí)控制器。我希望未來有一天會(huì)實(shí)現(xiàn)。Atlas 目前的舞蹈表演使用了反射控制（reflexive control）和模型預(yù)測(cè)控制，其中前者結(jié)合了對(duì)力的反應(yīng)、在線和離線軌跡優(yōu)化。我們利用這些技術(shù)的原因在于，它們是使機(jī)器人解鎖高性能行為的可靠方式，我們了解如何熟練運(yùn)用這些工具，而且在這方面我們尚未走到盡頭。

我們計(jì)劃利用機(jī)器學(xué)習(xí)在已有的軟硬件基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，但我認(rèn)為波士頓動(dòng)力和整個(gè)社區(qū)仍在嘗試找出這些工具的用武之地。大家將在我們的自然演進(jìn)過程中看到這些。

目前，Atlas 的動(dòng)作主要是下半身發(fā)力，但跑酷也要用到上肢力量。我們最近看到了一些概念圖，顯示 Atlas 在做 vaults（以手支撐的躍過）、pullups（引體向上）等動(dòng)作，可以談一下這方面的進(jìn)展嗎？

人類和動(dòng)物可以用腿做出很多了不起的動(dòng)作，但如果全身都用上會(huì)更加驚艷。我認(rèn)為跑酷提供了一個(gè)奇妙的框架，可以讓我們朝著全身運(yùn)動(dòng)的方向不斷邁進(jìn)。走和跑只是一個(gè)開始，我們通過跳躍、旋轉(zhuǎn)等更加復(fù)雜的動(dòng)態(tài)行為來打磨技術(shù)，這也是過去幾年我們一直在做的事情。我們的下一步是探索如何使用手臂來推或拉，提高這方面的敏捷性。

我給 Atlas 團(tuán)隊(duì)分配的任務(wù)之一就是讓他們盡可能利用手臂，就像我們利用雙腿一樣頻繁，以此來擴(kuò)展 Atals 的移動(dòng)性。我對(duì)未來幾年的工作感到非常興奮，因?yàn)槲覀儗⒂袡C(jī)會(huì)借助 Atlas 做更多激動(dòng)人心的事情。

你如何看待液壓和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器？

我認(rèn)為這不是一個(gè)二選一的問題。使用哪種驅(qū)動(dòng)器取決于機(jī)器人的大小、用途、工作環(huán)境等因素。最終，兩種驅(qū)動(dòng)器技術(shù)都掌握會(huì)比較好。我們也使用這兩種驅(qū)動(dòng)器做出了令人印象深刻的動(dòng)態(tài)機(jī)器人。

我認(rèn)為，液壓和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的區(qū)別可能主要體現(xiàn)在規(guī)模上。制造小型液壓機(jī)器非常具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)闃I(yè)內(nèi)很少有人這么做。同樣地，也很少有人制造大型電動(dòng)機(jī)器。因此，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這是兩種技術(shù)之間的自然分界線。

除了波士頓動(dòng)力的工作之外，還有哪些近期的機(jī)器人研究讓你感到非常興奮？

作為一家公司，我們喜歡追蹤感知、計(jì)算機(jī)視覺、地形感知方面的科研進(jìn)展。這些領(lǐng)域進(jìn)展越大，我們的機(jī)器人能做的事情就越多。就我個(gè)人而言，我喜歡追蹤操縱方面的研究，尤其是那些增進(jìn)我們對(duì)基于摩擦的復(fù)雜交互的理解的研究，比如滑、推或移動(dòng)繩子等柔性物體。

我們看到，機(jī)器人的操縱正在由簡(jiǎn)單的捏、舉、投擲轉(zhuǎn)向與環(huán)境進(jìn)行更有意義的交互。我認(rèn)為，這類操縱方向的研究將解鎖移動(dòng)操縱機(jī)器人的潛能，豐富機(jī)器人與世界的溝通方式。

除了前面提到的那些，波士頓動(dòng)力是否還希望通過這個(gè)視頻傳遞一些其他信息？

就我個(gè)人而言，由于我常年埋頭機(jī)器人領(lǐng)域，對(duì)機(jī)器人是什么、能做什么、不能做什么都有比較深刻的了解，因此我強(qiáng)烈希望更多人可以花時(shí)間去接觸機(jī)器人。很多人看了我們的視頻之后會(huì)分享自己的看法，如果更多的人有機(jī)會(huì)去思考、學(xué)習(xí)、接觸機(jī)器人，他們所達(dá)到的理解高度將催生更多新的想法，幫助我們思考機(jī)器人在日常生活中還有哪些用途。我認(rèn)為這種可能性非常令人興奮，我想看到更多人踏上這段旅程。

擴(kuò)展閱讀：《」

原文鏈接：https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/humanoids/how-boston-dynamics-taught-its-robots-to-dance

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原標(biāo)題：《波士頓動(dòng)力機(jī)器人熱舞背后藏著哪些秘密？工程副總裁揭秘》

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