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    一文讀懂波士頓動力的前世今生

    波士頓動力這家公司的創始人叫做MarcRaibert。這個名字可能到現在知道的人也不算多,但是在未來,或許會是對世界影響最大的人之一。馬克·雷波特並不年輕, 1949 年出生,身為麻省理工的教授,雷波特一手創辦了波士頓動力這家公司。由於其在麻省理工的名望,又源源不斷的吸收着最頂尖的人才加入這家機器人公司。

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    與比爾·蓋茨、扎克·伯格等一些同樣出身名校,卻因為發現商業機會提前離開學校的科技先鋒不同,雷波特從大學畢業起就一直呆在象牙塔里,是個典型的學術派創業者。

    1977 年馬克·雷波特獲得了麻省理工博士學位;1980 年在卡內基·梅隆大學創立了 CMU leg 實驗室並擔任副教授,主要從事研究與機器人相關的控制、機器視覺放方面的技術。

    到了 1986 年,馬克·雷波特回到麻省理工並任電子工程與計算機科學系的教授,他將實驗室搬到了麻省理工學院,繼續他的機器人事業。

    1992 年,雷波特與他人一同創辦了波士頓動力,起初是為美國陸軍提供機器人研究製造的企業,服務過包括美國國防高級研究計劃局(DARPA)在內的很多軍方機構,甚至還獲得過國防部幾千美元萬的投資。

    正如肯德基創始人哈蘭·山德士上校一樣,如今已是 68 歲高齡的雷波特依然是一個充滿熱情的創業者。並且他已經將大半輩子的時光都投入了機器人事業,來完成他那個普通人看起來瘋狂的夢想——將雙足或四足機器人發展成為一種超自然狀態,變成自然界的一種新生物。

    儘管過於超前的技術,和短期內難以實現商業化的尷尬現狀,使得波士頓動力這家排名世界第一的機器人公司在大企業間輾轉來回,頻頻碰壁。但是波士頓動力發布過的機器人,已經深深印刻在了我們的腦海中。

    創始人對機器人技術極致的追求,也敦促着波士頓動力機器人不停地更新迭代。從最早爆紅的軍用機器人「大狗」開始,波士頓動力每出一款機器人都及其引人注目,甚至會掀起一陣陣機器人要逆天的倫理性大討論。

    LegLab早期一條腿機器人的試驗

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    LegLeb四條腿的機器人雛形

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    在LegLeb,我們可以看到今天波士頓動力機器人的早期雛形研究的樣子,可以明顯的感覺到這些今天的產品就是當年LegLeb的後續,當時的研究都是一條腿怎麼工作。在1992年的時候,他還在MIT當教授,但是已經創立了波士頓動力。

    專利8126592的示意圖之一

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    MarcRaibert在研究過程中獲得的專利很多,這裡列舉兩個,一個是編號8126592,執行器系統,這個專利是相關機器人的連杆、液壓、載荷傳感、控制電路相關;另外一個是專利號6484069,機器人裝置和用於控制機器人跳躍裝置的方法,顧名思義,沒有這個核心專利,應該就沒有刷屏的後空翻。

    波士頓動力公司最早創立,是和美國系統公司一起給海軍空戰中心訓練系統部門(,NAWCTSD)開發軟件。這個核心是DI-Guy,說白了就是軟件模擬活人,當時聯合開發的項目是用3D視頻來替代真人視頻進行航空器發射訓練指導,模擬活人是其中的任務之一。

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    在DARPA的資助下,產生了大量軍用黑科技,後來又轉入民用,比如GPS、互聯網,再到後來,波士頓動力為DARPA,也就是美國國防部高級計劃局研究四足機器人。

    軍用目的開發的LS3可以看到裝甲

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    DARPA給波士頓動力的要求是研究能為士兵提供載荷的四足機器人(在LS3基礎上改進),並且要足夠安靜以適合載荷任務,並且能承受輕武器的攻擊,這個機器人要求能滿足24小時、載物400磅行走20英里(約32公里)。這個機器人的動力來源其實是馬達和燃料,因此有解決不了的噪音問題,所以對於執行潛行任務、特種作戰來說來說是個災難,並不合適,項目沒有徹底解決問題。

    大狗厲害之處是超強平衡,可以攀爬陡坡

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    類似LS3的就是我們熟知的BigDog,波士頓動力是聯合了NASA的噴氣推進實驗室等機構聯合開發。大狗一樣沒有用輪子而是用四條腿行走,當時被稱之為「世界最有雄心的機器人」,可以背負150公斤,能以每小時6.4公里的速度行走,並且能攀爬35度的陡坡。

    通用平台的小狗體積只有30多厘米長。別看個頭小,小狗一樣有波士頓動力招牌式超強的四足平衡能力。

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    波士頓動力給DARPA開發過的不僅僅是大狗,還有小狗Littledog,但是這不是專用機器人,而是一個通用平台,提供操作的API和遙控接口,使用鋰電池可以無需充電使用30分鐘,因此能幹什麼就要看DARPA和軍方的需求了。

    波士頓動力的機器狗成名之後,當時的谷歌非常喜歡機器人項目又財大氣粗,因此收購了很多機器人的公司,其中就包括了波士頓動力,把機器人公司歸結到了GoogleX項目下,就是谷歌着眼於未來的研究。

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    但是在2017年,谷歌又把機器人公司轉手賣給了軟銀的孫正義。谷歌那邊透露出來的消息是波士頓動力不服管理難溝通。但是在筆者看來,是路線之爭。我們知道波士頓動力是學術派,只醉心於機器人的研究,包括給DARPA的項目其實也都沒有成功。

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    而谷歌換了人當CEO之後,開始追逐績效,所以希望波士頓動力先出一個商用機器人,能量產賣錢,然後用利潤去維持研發,這顯然與學院派的人物先研究、再產品的路線不符合。其實硅谷的基因裡面,就有高利潤企業養黑科技發育的傳統。比如當年AT&T的貝爾實驗室、施樂的PARC等等。

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    不過事情還是挺戲劇性的,波士頓動力歸了孫正義的軟銀之後,居然展示了一個完成度非常高的產品SpotMini,怎麼看這個機器人都非常接近能量產的狀態,不知道谷歌看到這個東西會不會氣炸了肺,抑或是高管們的耐心沒等到這個產品。

    波士頓動力不僅僅只有 Big Dog 和Atlas

    Petman

    Petman 是一款用於測試化學防護服裝的仿人機器人,自然又敏捷的運動對 Petman 來說是至關重要的,因為它需要模擬士兵在現實條件下對防護服的反應。

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    不同於以往運動受限且過度依賴機械支持的測試機器人,Petman 能夠自主平衡,運動也更加自由;在接觸化學戰爭物質的情況下穿着防護服完成行走,彎腰以及各種動作。

    Petman 能調控自身的體溫、濕度和排汗量來模擬人類在防護服下的反應,從而達到最佳的測試效果。

    Big Dog(大狗)

    這是讓波士頓動力聲名遠播之作,Big Dog 是一款能夠適應複雜地形條件的機器人,能行走、奔跑、攀爬以及負載重物,由液壓系統驅動引擎。Big Dog 的四條腿和動物一樣擁有關節,可吸收衝擊,每邁出一步就回收部分能量,以此帶動下一步。

    Big Dog 的體格與一隻大狗或小騾子相當。大約 3 英尺(約合 0.9 米)長, 2.5 英尺(約合 0.76 米)高,體重 240 磅(約合 109 千克)。奔跑速度為 4 英里/時(約合 6.4 公里/時),最大爬坡度數為 35 度,可在廢墟、泥地、雪地、水中行走,可負重 340 磅(約 154 千克)。

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    Big Dog 的機載計算機能夠控制軀體移動和過程傳感器,還能處理通訊。其控制系統保持軀體平衡,在不同的地形選擇不同的運動和導航方式。 Big Dog 的運動感測器包括:聯合位置、聯結力、接地觸點、接地負載、一個雷射陀螺儀、一個激光雷達和立體視覺系統。它的其他傳感器則專注監測內部各項指標狀態,如液壓、油溫、引擎功能、電池充電情況等。該研究項目由 DARPA 提供資金支持。

    Little Dog(小狗)

    Little Dog 是一款用來研究移動的四足機器人樣機,研究人員用它來探測運動學、動態控制、環境感知與複雜地形移動之間的基本關係。目前 Little Dog 在麻省理工學院、斯坦福、卡內基梅隆大學、南加州大學、賓夕法尼亞大學等高校均有所應用,同時也是 DARPA 投資的先進機器人項目。

    Little Dog 有四條腿,每條腿都分別有三個電機驅動,可移動範圍非常大。這個小小的機器人能夠爬坡、也能實現動力學運動步態,其機載 PC 電腦隨身攜帶的 PC 級別的電腦用控制致動器、處理傳感器信號和外界交流。

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    Little Dog 的傳感器主要負責測量關節角度、電機電流、體平衡和接地觸點的狀況,機載鋰電池能保證 30 分鐘的連續運行。並可通過無線通信和數據採集系統,可以進行遠程遙控和數據分析。該項目由 DARPA 信息處理技術辦公室提供資金支持。

    Cheetah(獵豹)

    Cheetah 是目前世界上速度最快的腿式機器人,奔跑速度超過 29 英里/時(約合 47 公里/時)。其背部結構是關節型的,能夠隨着每一個動作靈活地來回移動,提高了步幅和奔跑速度,這與動物的運動原理相差無幾。它的驅動力來自外部的液壓泵。DARPA 為該機器人的項目提供資金支持。

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    Wild Cat(野貓)

    Wild Cat 實際上是 Cheetah 的自由運轉版本,雖然它的速度尚未達到 Cheetah 的水平,但這種四腿機器人無論遇到哪種地形,也能以 16 英里/時(約合 25 公里/時)的速度奔跑。此外,它還可以快速跳躍和轉身。

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    Sand Flea(跳蚤)

    Sand Flea 是一個只重約 11 磅(約合 5 千克)的偵察機器人。在平地上它能像遙控模型車一樣飛馳,最重要的是,為躲避障礙它可跳起 30 英尺(約合 9.1 米)高左右,這彈跳力能輕而易舉地跳過一面複合牆、房頂、一組樓梯的頂端。

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    在飛行過程中,Sand Flea 的內置陀螺儀使其保持水平狀態,為機載攝像機提供清晰的視角,並能保證平穩着陸。每充電一次,Sand Flea 可彈跳 25 次。美國軍方為波士頓動力公司的該項目的研發提供資金支持。

    Rise

    Rise 是一款能夠垂直爬行的機器人,牆壁、樹木、柵欄等都不在話下。爬行過程中 ,Rise 的腳上附有很多微型爪,它們緊緊地吸附在物體表面上 。 Rise 通過改變自身姿勢符來適應不同的表面,隨着高度的上升,它的「尾巴」有助於提高平衡。Rise 只有 25 厘米長,重約 2 千克,爬行速度為 0.3 米 / 秒。

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    Rise 共有六條腿,每條腿都由兩個電動馬達來驅動,機載電腦控制腿部的動作及通信,服務多個傳感器,包括關節位置傳感器、應變傳感器和腿足部接觸傳感器。該項目由波士頓動力公司與賓夕法尼亞大學、卡內基梅隆大學、加州大學伯克利分校、斯坦福大學等高校的研究人員共開發,DARPA 提供資金支持。

    Atlas

    Atlas 是波士頓動力類人雙足機器人,可以說是被谷歌收購後的巔峰之作,是也是這款機器人讓波士頓動力變得家喻戶曉。

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    Atlas 經歷了三個版本的更新,最新一代發布於 2016年 2 月,身高為 5 英尺 9 英寸,體重僅為 82 公斤,這款機器人較初代雙足機器人不僅體型更小、重量更輕,而且導航能力、突破障礙能力、保持平衡能力、目標識別能力以及自我恢復能力都有了很大的進步。

    Spot / Spot Mini

    Spot 是於 2015 年 2 月發布的四足機器人,曾是波士頓動力體格最小的四足機器人(如今是 Spot Mini),這款身高僅一米有餘的前幾日甚至還參與了美劇『硅谷』的拍攝。

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    SpotMini 是 Spot 機器人的新型且更加小型的機器人版本,加上機器臂是 29.5 千克,而且防水。一次充電可以跑 90 分鐘,且是純電動的,沒有任何液壓系統在身體上,所以是波士頓動力機器人裡面最安靜的機器人之一。而且它的身體上還安裝了大量的傳感器,例如深度攝像機、姿態傳感器、以及肢部的本體感受傳感器。這些傳感器可以幫助 SpotMini 完成各項複雜的動作以及巡航。

    Handle:首款足+輪式機器人

    Handle 是波士頓動力研發的首款足+輪式機器人,身高 1.98m,縱跳可達 1.2 m,輪子可以以 14km/h 的速度前進。整個機器人由電池供能,驅動電機和液壓泵。無需外接設備,一次充電續航 24km。能輕鬆越過障礙物,無論是在斜坡還是有障礙物的環境都表現出了很好的柔性,也代表着波士頓動力將機器人的混合控制技術帶到了一個新的高速。

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