美国防高级研究计划局征召新一代机器人

　　美国防高级研究计划局向全世界科技界发起“悬赏”，以200万美金征求一种能够在抢险救灾环境中执行复杂任务的机器人。该局广泛撒网，为新一代机器人系统的研制展开“机器人挑战赛”，并试验各种相关软、硬件——

　　目标：高危环境

　　美国防高级研究计划局为期长达两年的“机器人挑战赛”，将抢险救灾任务作为新系统研制的重点，是基于如下两个理由：其一，因为这是美国白宫和国防部提出的美国国防部十大任务之一；其二，国防高级研究计划局认为这是一项获得广泛共识和重视的任务，是民众高度关注的领域。

　　该项目主管普拉特博士解释说，国防高级研究计划局“机器人挑战赛”的目的在于提高美国和全世界对自然灾害和人为灾难的应对能力，以2011年日本福岛核事故为例，先进的机器人系统能够发挥重要作用。他说，“在最初的24小时内，本来有多次机会进行干预，使灾难严重程度大大减低。但不幸的是，因为辐射过高，人不能进入事故区域。结果，本来可以控制的灾难不断恶化。”

　　部署：兵分四路

　　根据国防高级研究计划局的部署，“机器人挑战赛”项目按照兵分四路方案运作，A、B两路团队将获得国防高级研究计划局提供的经费，而C、D两路团队则不会获得国防高级研究计划局的经费资助。根据早期的“广领域公告”，国防高级研究计划局A路队伍筛选出7个团队研制新的硬件和软件，B路队伍11个团队只研制软件。

　　A路团队由一系列机器人技术领域知名单位组成，由他们推出一系列机器人系统。该路团队及其研制的机器人系统有：卡内基梅隆大学国家机器人工程中心（CHIMP）的高智能移动平台、德雷塞尔大学牵头的HUBO人形机器人、雷声公司的“卫士”机器人、SCHAFT公司的HRP－2机器人、弗吉尼亚理工大学的THOR“危险作业战术机器人”、美国宇航局约翰逊空间中心的NASA－JSC宇航局空间中心机器人以及美国宇航局喷气推进试验室的“机械猴”机器人。

　　B路队伍11个团队也都是机器人技术领域的佼佼者：洛克希德·马丁公司先进技术试验室、RE2公司、堪萨斯州大学、卡内基梅隆大学、麻省理工学院、TRAC试验室、华盛顿大学、佛罗里达人类与机器认知研究所、以色列班古里昂大学、美国宇航局喷气推进试验室以及TORC机器人公司等。

　　B路团队不研制硬件，而在支持阿帕奇开源协议的虚拟机器人模拟器上演示各自的软件。模拟器目前为Beta　1.0版，将由“开源机器人基金会”在未来几个月内推出更高版本。普拉特博士解释说，更高版本的模拟器将采用云计算，使之更易干提高计算能力；此外，还将增加实时模拟功能。模拟器将由国家标准与技术研究所进行验证。

　　C路团队对来自全世界的竞选单位开放；同B路团队一样，最初也是使用虚拟机器人模拟器。普拉特博士称，这路团队必须展示某些非同一般的技术才能获得竞选资格。

　　B路和C路团队先参加虚拟环境竞选，筛选出一批优胜者继续进行首轮“实机”挑战赛，挑战赛由主办方向参选方提供经费保障。

　　D路团队则是能够研制硬件和软件，但国防高级研究计划局不提供经费保障，这个团队来自世界各国。参选者可以自由使用虚拟机器人模拟器，但重点应该放在首轮“实机”挑战赛上。

　　目前挑战任务只是概念性的，并且会随时根据需要提出新的功能需求，包括驾驶车辆、开门、爬楼梯、连接电缆或水管等功能。

　　项目挑战赛日程表尚末确定，目前预计会在设计评审后从7个A路团队项目中筛选出5个。预选工作将在2013年12月完成。在此之前，2013年6月的虚拟挑战赛参赛的是11个B路团队和未提供经费的C路团队，先在5月进行资格赛。6月的虚拟挑战赛将在“云”平台上进行，选出6个队参加下一阶段的比赛。

　　2013年12月比赛的11个团队（A路选出的5个，B、C路选出的6个）将有8个团队胜出，获得经费保障继续参加2014年12月的挑战赛，获胜团队最终将获得200万美元奖励。

　　特点：仿生自主

　　国防高级研究计划局的“机器人挑战赛”需求机器人涉及诸多与人类休戚相关的特性，机器人作业的环境就是其中之一。“我们知道，日常灾难影响最大的地方不是没有建筑的户外环境，而是人类居住的室内环境，这个环境里有许多设施，比如门、楼梯、窗户等。所以我们研发的机器人和技术要与人类居住的室内环境高度适应”，普拉特博士解释道。普拉特博士指出另一新的设想是在这些环境中，机器人应该设计成能使用人类使用的工具，如螺丝刀等。这一点在灾难现场显得特别重要，因为在救灾的早期阶段往往难以提供机器人专用工具。

　　操作人员与机器人训练还要考虑一个重要因素，即必须操作简单。

　　普拉特博士虽没有明确说明机器人应该达到的自主水平，但指出挑战赛将会充分体现出自主能力的重要性。对自主性的考察涉及操作人员和机器人之间的信息流。发生灾难时，通信质量往往会很差，优秀的机器人需要有自主性，通信质量越差越需要自主性。比如说，不是在运动级别上指挥机器人，说“前进1英寸”，而必须从任务级别上指挥，例如“开门”。

　　在挑战赛中，国防高级研究计划局还将对通信线路质量进行调控，逐渐减弱通信信号，看机器人如何应对这种情况。

　　普拉特博士称，国防高级研究计划局通过兵分四路的途径，期待使竞赛尽可能开放化和国际化，使之能够找到来自全世界最好最完美的方案，“这样做的理由是广开门路，以便我们能够聚集那些不在传统的机器人技术领域的团队”。

　　参赛：才能展示

　　国防高级研究计划局为未来的救灾机器人描绘了一副科学性与艺术性、现实性与幻想性交织的图景。看到这些参与竞争的研究团队设计的机器人照片，想像一下，在像日本福岛核电站爆炸这样的灾难中，先进的机器人从穿越废墟到最终关闭泄漏的阀门能一力承担，就能充分说明机器人的重大意义了。下面是一些参赛团队提供的部分优秀作品方案。

　　“机械猴”机器人

　　美国航空航天局喷气推进试验室的“机械猴”机器人能通过深思熟虑、稳定的操作完成具有挑战性的任务。该试验室研究小组将采用已经被成功运用在现代机器人中的设计方法、系统元件和软件算法。

　　高智能移动平台

　　美国卡内基梅隆大学国家机器人工程中心研制的高智能移动平台，用于在特定环境中执行复杂的危险任务。该机器人具有接近人类的形体结构、力量和敏捷性，同时无需复杂的控制系统。

　　“卫士”机器人

　　美国雷声公司设计的“卫士”机器人是一种新型的自供电、轻量级、健壮、灵巧的人形机器人。这种机器人的设计很好地利用了该公司在制造人形尺寸体外甲壳方面的经验，并扩展了体外甲壳的概念，引进了一些创新技术。

　　人形机器人

　　美国航空航天局约翰逊航天中心提出发展新一代的人形机器人，以及能够在各种情况下执行动态、感知密集型任务的控制模式。航空航天局约翰逊航天中心将在研究过程中运用开发多代机器宇航员的经验和相关技术。

　　HRP－2机器人

　　美国SCHAFT公司设计的机器人基于成熟的硬件及其现有的HRP－2机器人软件。该公司将创造一个智能机器人核心，它结合了用于识别、规划、运动生成、运动控制和用户界面的必要软件模块。该公司研究团队将分3个小组分头研究如下课题：硬件设计、软件集成和情景测试。

　　“危险作业战术”机器人

　　美国弗吉尼亚理工大学设计的“危险作业战术”机器人是一种战术冒险操作机器人。这种机器人轻便、敏捷，具有感知能力。它采用人机界面技术，能够推断操作者的意图，允许无缝、直观的控制。弗吉尼亚理工大学研究小组将着重发展“危险作业战术”机器人的3个基本主题：硬件应变能力，强大的自主性，直观的操作。

　　Hubo人形机器人

　　美国德雷克塞尔大学设计的Hubo人形机器人是一种开放架构的双足机器人，具有完整的、全尺寸的人体结构。

　　□石寿松 刘战勤

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