在麻省理工學(xué)院3號樓的地下室深處，一個名為HERMES的雙腿機器人正在遭受嚴重破壞：通過干墻沖擊，粉碎汽水罐，踢垃圾桶和空手道砧板一半。然而，它的行動不是它自己的行為。

在幾英尺之外，博士生Joao Ramos站在一個平臺上，身穿電線和馬達的外骨骼。拉莫斯的一舉一動都被立即翻譯成了HERMES，就像控制他的牽線木偶的木偶操縱者一樣。當(dāng)Ramos mimes穿過墻壁時，機器人也會這樣做。當(dāng)機器人的拳頭撞到墻上時，拉莫斯感到腰部發(fā)出一陣震動。通過反射，他向后傾斜，使機器人向后搖擺，有效地平衡機器人與其沖擊力。

練習(xí)旨在演示機器人獨特的平衡反饋界面。沒有這個界面，雖然機器人可以成功穿過墻壁，但它也會一頭扎進墻壁。界面允許人類遠程感受機器人的移動重量，并通過移動自己的重量快速調(diào)整機器人的平衡。因此，機器人可以執(zhí)行動量驅(qū)動的任務(wù) - 例如穿墻或擺動蝙蝠 - 同時保持其平衡。

拉莫斯表示，界面利用了人體的瞬間反射，這使機器人的反應(yīng)時間比根據(jù)機載攝像頭的視覺反饋調(diào)整平衡的機器人快得多。

麻省理工學(xué)院機械工程系的拉莫斯說：“圖像處理通常非常慢，因此機器人很難及時做出反應(yīng)。” “相反，我們希望利用人類的自然反應(yīng)和協(xié)調(diào)。一個例子就是走路，這只是一個摔倒和抓住自己的過程。這對我們來說感覺毫不費力，但是編程進入機器人以動態(tài)和高效地完成它是很有挑戰(zhàn)性的。我們想探索人類如何能夠為機器人接管復(fù)雜的行動。“

最終，Ramos和他的同事們設(shè)想將HERMES部署到災(zāi)難現(xiàn)場，機器人將在該地區(qū)探測該區(qū)域，由人工操作員從遠程位置進行探測。

“我們最終會有人穿著全身套裝和護目鏡，這樣他就可以感覺到并看到機器人所做的一切，反之亦然，”拉莫斯說。“我們計劃讓機器人像四足動物一樣行走，然后站起來做兩腳，做一些困難的操作任務(wù)，比如打開一扇門或清除障礙物。”

拉莫斯和他的同事們，包括博士研究生王偉業(yè)和Sangbae金，機械工程以斯帖和Harold E.埃杰頓中心職業(yè)發(fā)展副教授，將提交一份論文在IEEE / RSJ國際會議智能機器人與系統(tǒng)在界面上九月。

“我們不太了解人類如何掌握這種優(yōu)雅的動態(tài)運動，”金說。“這項研究可能為我們提供了一個了解我們?nèi)绾卧谶@些復(fù)雜的操作任務(wù)中保持平衡的機會。”

平衡和反饋

為了讓操作人員了解機器人的平衡，該團隊首先尋找一種方法來測量機器人的壓力中心或重量分布，這表明它的平衡和穩(wěn)定性。研究人員與HERMES合作，這是一個由團隊設(shè)計的100磅重的雙足機器人，以及用于災(zāi)難響應(yīng)的界面。他們?yōu)闄C器人的腳配備了負載傳感器，用于測量每只腳在地面上施加的力。

根據(jù)測量的力量，研究人員計算出機器人的壓力中心，或者它的重量在哪里。然后他們繪制出一個多邊形區(qū)域，其邊緣代表每個機器人的腳。他們確定，如果機器人的壓力中心偏向該支撐多邊形的邊緣，機器人就有摔倒的危險。

拉莫斯和王然后建立了平衡反饋界面：一個配備電機的大型多邊形平臺，以及一個連接到人腰部的金屬條和金屬絲的外骨骼 - 基本上是人體的質(zhì)心。通過計算機軟件，研究人員將機器人的壓力中心轉(zhuǎn)換為平臺的電機，這些電機對外骨骼施加相似的力，在機器人改變其重量時來回推動人。

“當(dāng)機器人的壓力中心接近支撐多邊形的邊緣時，界面的作用是通過操作員更加努力，”Wang解釋道。“如果機器人向前傾斜太遠，界面將向相反方向推動操作員，以表明機器人有跌落的危險。”

在傾斜

在測試界面的實驗中，Wang用錘子反復(fù)敲擊機器人的軀干。站在平臺上的拉莫斯不知道錘子何時會撞擊。當(dāng)王擊中機器人時，平臺對拉莫斯施加了類似的震動，拉莫斯反復(fù)地改變了自己的重量以恢復(fù)平衡，導(dǎo)致機器人也陷入困境。

該團隊還測試了機器人在穿過干墻時是否保持平衡。外骨骼中的拉莫斯模仿了動作，機器人同時將它拉出來。當(dāng)機器人與墻壁接觸時，平臺向前推進了Ramos。作為回應(yīng)，拉莫斯重新站起來，使機器人做同樣的事情。

“這些實驗表明了操作人員的多功能性。在一次測試中，機器人意外地將手臂卡在墻上。但是，由于人類在循環(huán)中，操作員可以得到一個創(chuàng)造性的解決方案，直接翻譯成機器人，“王說。“我們的下一個目標是嘗試更復(fù)雜的協(xié)調(diào)運動，例如擺動斧頭或打開彈簧門。對于許多機器人來說，這些動作很難。如果機器人在推門時僵硬，則往往會翻倒。你必須把自己的體重減輕到自己身上才能抓住自己，因為它對人類是如此自然，你可以讓人類去做。“

俄勒岡州立大學(xué)機械，工業(yè)和制造工程副教授Jonathan Hurst表示，新的平衡界面是操作員的直觀平臺，因為操作員可以不假思索地使用它。

“這個界面甚至可能不會分散一個人的注意力，”赫斯特說，他沒有參與這項研究。“在專注于任務(wù)時保持平衡是正常的。但也許更重要的不僅僅是在沒有知道如何自主操作的情況下控制機器人的方法是能夠從機器人觀察和收集數(shù)據(jù)。鑒于數(shù)據(jù)記錄了人類平衡和姿勢調(diào)整策略的細節(jié)，我愿意打賭他們會發(fā)現(xiàn)一些相對簡單的自主策略方法。