药明康德AI/报道
场景一：我们小时候都有背着重重的书包，奔跑在操场上、马路上的“撒欢”经历，那时书包的沉重感会不会有时让你感觉重心偏移，在小伙伴中处于“落后”？
场景二：想象一下，当救援机器人四肢爬行穿过一片火海、穿过废墟瓦砾，再以人的姿态双腿站立，推开沉重的障碍物或是“赤手空拳”打破铁门。
上述场景看似毫无关系，但对于机器人来说却联系紧密。从机器人技术发展至今，四足机器人的跑、跳、后空翻等能力已取得长足进步。双足机器人的能力也有一定进步，此前波士顿动力公司（Boston Dynamics）Atlas的超凡绝技还令人记忆犹新。但机器人在运动状态下的平衡性以及稳定性仍然还是业界的难题之一。像你我的童年，机器人也会遇到“失衡感”；对于工业界来说，解决机器人的平衡问题，对于它们应用于解决复杂环境任务意义重大。
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为了解决机器人平衡性的难题，麻省理工学院（MIT）和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign, UIUC）的工程师们已经开发出了一种最新方法机器人可以在与人类互通的情况下，遥控自身平衡性。这也是人形机器人应用于解决复杂任务环境的关键一步。该研究发表在10月30日《科学》子刊Science Robotics上。
“平衡反馈” 法
该研究团队的机器人叫Little HERMES，它的外形较为简单由躯干和两条腿组成，大小为一个成年人体型的1/3。它由身穿特制背心的操作员远程控制，背心上含有特殊的传感装置，能将有关人体运动和地面反作用力的信息传递给机器人。
当远程操作人员穿上这件特质背心，他们既可以控制机器人的运动，又可以感知机器人的动作。简单来说就是，机器人若摔倒，人便会感觉到背心上相应的拉力，从而进行相应调整，使自己和机器人的保持同步平衡。研究人员将这种方法称之为“平衡反馈”法。为测试该方法的有效性，研究人员对机器人进行相关实验。他们希望，当机器人与人类同步跳跃和行走时，研究人员能够远程维持机器人的平衡。
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这款机器人的原理如同背着沉重的书包跑步，人感觉到背包的作用力时，便会对这种力进行适当“补偿”。该方法由UIUC的助理教授Joao Ramos以及MIT的机械工程副教授Sangbae Kim联合研究。那么应用于救援环境，机器人撞开沉重的铁门，便不会失去平衡而摔倒了。
不仅仅是运动，复制平衡是关键
此前，Kim教授和Ramos教授创造了用于解决复杂环境任务的、具有“人道主义”优势的双足机器人HERMES，它向人们展示了它的厉害之处，倒咖啡、用斧头砍柴、用灭火器灭火等。人们可以通过穿戴远程操作“背心”来对机器人进行自由操控。人类具有高度灵活性，这样的远程技术可以让机器人的动作变得更加“变通”，从而执行一些在编程阶段未学习过的指令动作。
总结一下，HERMES会进行的动作都涉及到机器人的上半身的使用，以及使机器人的肢体定位与操作者的肢体定位相匹配的算法，但HERMES下肢未进行任何移动。所以平稳完美执行这些动作也就变得相对简单多了。如果要求HERMES采取任何行进的动作，那么它很有可能随时“翻车”。所以，意识到这一点后，研究人员认识到对于那些能产生强大相对作用力的动作，仅教会机器人复制动作是远远不够的。复制平衡性才是关键。
Little HERMES是HERMES的微型版，但从功能上更是进阶版。平衡可以归结为由人的质心和压力中心构成，Ramos教授发现，质心相对于压力中心的位置，能直接关系到人的平衡程度；这两种平衡“成分”的位置在物理上可以表示为倒立摆（Inverted Pendulum）。想象一下，人在原地站着时摇摆着身体的动作便可理解了。
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不过目前的Little HERMES在性能方面还有更多进步的空间。它还不能做到“无线交互”，需要大量布线才能保持操作员与机器人之间的“通感”，而在动作反应上会存在通信延迟的问题。所以该研究团队下一步计划引入无线控制的装置并扩大“平衡反馈”技术的使用范围，比如做一些更复杂的动作、开发一种从机器人到人的力量反馈装置等。
延伸运用，应对复杂环境
Ramos教授表示，截至目前开发的所有系统和技术将不局限于双足机器人，都可以很容易地嫁接到其他移动系统，比如四足机器人和轮式机器人等。所以Little HERMES的诞生一定程度上代表了兼具移动性和实用性机器人技术发展的关键一步。
未来进阶版的HERMES或是采用同样技术的机器人可以用于应对多种复杂环境下的任务。最典型的便是救援任务。具有相当强平衡感的机器人在山火中快速穿梭、在废墟瓦砾上跳跃前进、在充斥危害物质的化工厂勇往直前，都不会是科幻电影中的场景了，到那时，便是真实存在。
大凉山火灾、福岛核电站泄漏等因自然引起的灾难，多少救援人员为了美好安全的社会而负重前行，并不断付出生命。我们期待，交互式的平衡机器人，未来能为这些和平时代的英雄承担一些压力，也能帮助人类解决更多复杂环境下的任务。
参考资料（可上下滑动查看）
[1] Two-legged robot mimicshuman balance while running and jumping Retrieved Nov 1, 2019
fromhttp://news.mit.edu/2019/two-legged-robot-mimics-human-balance-while-running-jumping-1030
[2] MIT HERMES Project RetrievedNov 1, 2019 fromhttps://web.mit.edu/jlramos/www/Hermes.html
[3] Dynamic locomotionsynchronization of bipedal robot and human operator via bilateral feedbackteleoperation Retrieved Nov 1, 2019 fromhttps://robotics.sciencemag.org/content/4/35/eaav4282
