冷哲：美日机器人已经开始像人了，中国呢？
近日，在美国举办的机器人挑战赛初赛落下帷幕，日本Schaft公司的机器人拔得头筹。他们将与其他七支队伍在明年的决赛中一较高下。
国防高新研究项目署（DARPA）是美国政府中负责远期国防科研的单位。这个机构虽然名声不响，但已经对我们今日的世界产生了深远的影响。这个机构最早组织了互联网技术的研发，并出资构建了互联网雏形ARPA Net（ARPA就是DARPA的原名）。GPS早期研究同样是该机构主导的。此外，如今流行的iPhone手机上的人工智能与语音识别系统Siri，也是从DARPA的项目中衍生出来的。
日本Schaft公司机器人HRP-2夺得2013年机器人挑战赛冠军
可以说，DARPA所发起的很多项目，衍生了我们今日已经越来越难以离开的大量产品，甚至在某种程度上改变了我们的生活方式。这个机构目前仅有约240名雇员，其中有约140名技术人员和100名管理人员，每年预算约为28亿美元。它目前还资助着包括外骨骼、人形机器人、四足机器人、无人隐形轰炸机、神经控制假肢、蛋白质设计等等各种远期科研项目。
这类项目往往耗资巨大，所需的大量技术在项目开始时都还不存在，而其最终产品可能要经过十年甚至更长时间才能最终成型。因此，在选择资助对象时就需要极为谨慎，否则投资就很容易打水漂。
采用竞赛形式来选取合适的科研团队，这并不是DARPA第一次这样做了。在2004年，DARPA为了刺激自动驾驶车辆的研发，就发起了“DARPA大挑战赛”（DARPA Grand Challenge），卡内基梅隆、斯坦福、麻省理工等诸多顶级理工院校都参与了这一赛事。由于结果并不理想，DARPA在次年又举行了第二届大挑战赛。而后，考虑到未来自动驾驶汽车需要应对城市的复杂环境，DARPA又于2007年举办了第三届大挑战赛（又称都市挑战赛，即Urban Challenge）。每一次挑战赛后，DARPA都会选择一些优胜团队，给予一定的研究资金来继续这些方面的研究。谷歌旗下的自动驾驶车辆研究团队，就是来源于第二届大挑战赛的冠军——斯坦福大学。
因此，本届机器人挑战赛，DARPA的基本目标也是要筛选出值得资助的科研团队，鼓励类人机器人的研发。
传统机器人研究都围绕在固定的机械臂或工业机器人领域。后来随着无线通讯、电子成像技术的成熟，移动机器人的研究逐步兴起。不过，长期以来，移动机器人（Mobile Robot）的研究总是以轮式和履带式机器人为重点。这是因为这两者的活动部件少、可靠性高、设计简单。
随着移动机器人的广泛应用，在一些条件下，轮式和履带式机器人就难以满足需要了。因此步行机器人逐渐吸引了一部分研究者的注意。比如，针对山区崎岖地形的运输、侦查和火力支援任务，波士顿动力学公司（Boston Dynamics）研发了大狗（Big Dog）四足机器人，其性能令人惊叹。
“大狗”（Big Dog），由波士顿动力学工程公司专门为美国军队研究设计
在福岛核事故中，美日机器人团队尝试了一些机器人救援活动，结果非常不理想。这一方面是因为当时的机器人并没有为强核辐射条件而设计整个通讯和电子系统，另一方面则是因为传统的履带式救援机器人难以使用诸如楼梯、安全门等为人类设计的设施，也难以对诸如阀门等机构进行操作。因此，类人机器人才有了实用的价值。
美国虽然一直在整体上领跑机器人研究，但对类人机器人并不十分重视。最接近于类人机器人的研究项目，可能是外骨骼和NASA的机器人宇航员。这其中，前者主要依靠操作人员来平衡和执行动作，而NASA机器人的重点在于低重力条件下使用人类工具进行维修或其他操作，并不太考虑行走之类的下半身动作。因此，美国在类人机器人领域的研究积累反而不如日本。日本社会出于各种原因，一直对类人机器人有着超出其他国家的浓厚兴趣。因此，日本在类人机器人的实际应用需求出现前就已经对这个研究领域进行了长期的投入。本次挑战赛由日本公司夺冠，倒并不令人吃惊。
然而一旦应用前景出现，美国研究学者追赶的速度也相当不俗。本次DARPA为没有类人机器人的团队提供的就是波士顿动力学公司的阿特拉斯（Atlas）双足步行机器人。阿特拉斯是在“大狗”液压步行机构和运动控制算法的基础上研发而成的。将在明年进行最终角逐的8只队伍中有5只使用的就是这一型号，其中佛罗里达的人机认知学院本次名列第二，麻省理工获得第四，TRAClab公司获得第六，伍斯特理工学院获得第七，而洛克希德马丁公司获得第八。
美国机器人研究的老牌名校卡内基梅隆依靠自己的机器人获得了第三。NASA下属的喷气推进实验室则没有采用类人机器人，但也获得了第五名的成绩。
从目前情况看，DARPA的基本任务仍然是在阿特拉斯的基础上继续研发更成熟的类人机器人以及相关的各种控制、感知、识别和人工智能算法。日本的Schaft未来恐怕更多的是扮演一个陪太子读书的角色。
参与福岛核电站救援的小型机器人Monirobo
不过这些类人机器人的研发，现在仍然有很多难点。
**第一个问题就是能源。**如果注意观看本次机器人挑战赛的录像就会发现这些机器人都必须依赖外接电源来完成工作，也就是要拖着一根长长的电缆。这无疑是对机器人行动不利的。目前的电池技术尚不能满足这些机器人的能耗要求。在波士顿动力学公司为DARPA研制的最新型四足机器人LS3（步行班组支援系统）上，提供能源的还是一部内燃机。
**第二个问题是重量。**获胜的Schaft公司的机器人本身重量已有95千克，而阿特拉斯更是重达150千克。而这个重量还未包括未来可能加装的电池/内燃机、外壳以及其他可能的传感器。最终类人机器人的重量很可能会超出一般人体重的范围。在救援中，这可能导致一些设施和建筑部件无法承受。而且，进一步增重也会使机器人重心升高，使其维持平衡的难度加大。
**第三个问题是可靠性与易维护性。**现在的类人机器人仍然大量使用电动机来实现运动。这使得机体结构和运动控制算法都极其复杂。出现故障的几率很高。NASA下属的约翰逊宇航中心这一次设计制造了“女武神”前来参赛，但是在比赛现场由于故障问题不幸折戟。阿特拉斯虽然使用成熟的液压系统进行驱动，但是复杂度仍然远远高于一般机器人系统。而且，类人机器人始终面临摔倒的危险。如果在执行任务中出现微小故障而导致机器人摔倒，其巨大的重量可能导致肢体及传感器严重损坏。与此相比，轮式机器人出现故障时，一般会停止运动，并不会造成进一步的损伤。
从这些角度来看，类人机器人未来的应用领域仍然十分有限。研发之中仍然有大量的挑战。至于有的人可能担心的“终结者”，笔者不得不说这还极其遥远，人工智能、机器视觉、运动控制等领域的研究尚不能让我们看到任何出现“终结者”的可能。而且，考虑到类人机器人的诸多劣势，未来的机器人战士，恐怕也不会采用人形，轮式、履带式、四足/六足都是更可行的选择。