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揭開世界最強機器人比賽冠軍 SCHAFT 的神祕面紗

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去年,美國的國防部高等研究計畫署(DARPA)舉辦機器人挑戰賽( DARPA Robotics Challenge,DRC),這個 3 階段挑戰賽有世界最強機器人大賽之稱,目的為找出最優秀的救援機器人,能在高溫、高輻射的災難現場執行救援行動,像是通過斷垣殘壁,走進核電廠關掉閥門。2011 年,日本 311 大地震引發福島核災,更加速這類研究。

還記得第 2 階段的結果嗎?Google 橫掃冠、亞軍,美國太空總署 NASA 以 0 分敗北

在這場精采絕倫的機器人盛會裡,不僅主辦單位 DARPA 臉上風光,Google 坐一擁二更是極有面子。這時,大家都很好奇:冠軍 SCHAFT 到底是何方神聖?

  • Google 買下 SCHAFT,也為 SCHAFT 披上神祕面紗

大家會如此想一探究竟是有原因的,被 Google 併購前,機器人創業公司 SCHAFT 總不吝與外界分享其研發成果,但去年 11 月加入 Google 旗下後,口風頓時緊得密不通風。DRC 進行時,SCHAFT 不願接受媒體採訪,也試圖阻礙攝影師靠近他們的機器人,甚至連原先網站上的資訊也刪除乾淨

Google 拒絕透漏未來走向或相關細節,只表示現在談任何計畫都還太早,目前也只出面澄清 SCHAFT 不會遷到加州,而是留守日本,從此便無消無息,讓這個冠軍隊伍更添神祕色彩。

  • Google 機器人開發大軍的進擊

過去幾個月,在 Android 之父 Andy Rubin 的領導下,Google 積極併購了 8 家機械公司(SCHAFT、Industrial Perception、Meka、Redwood Robotics、Bot&Dolly、Autofuss、Holomni、Boston Dynamics),以期設計新型機器人。

DRC 成績揭曉後,大家更是引頸期盼,想看看 Google 會如何打造 SCHAFT,特別是和先進機器人開發商 Boston Dynamics 的進一步合作。

  • 謠傳 SCHAFT 將退出 DRC 年底總決賽

上個月,科技雜誌 Popular Science 的報導指出,Google 有意讓 SCHAFT 退出今年 12 月 DRC 的第 3 階段總決賽,原因不明,但顯然 Google 並不想和美國軍方的金援扯上關係(第 2 階段前 8 強可獲 DARPA 提供的 100 萬美元,總決賽另有獎金)。

雖然 DRC 只是想打造救援機器人而已,Google 似乎還是不放心,而且當初買下 SCHAFT 絕不是想設計救援機器人,Google 的理想應該是市場導向的機器人。

Google 拒絕對此傳言多做評論,DARPA 也沒有收到退賽通知,現在我們只能靜待進一步的消息了。可以確定的是,若冠軍晉級隊伍 SCHAFT 真的退出年底的決賽,DRC 鐵定會失色不少。

  • 抽絲剝繭還原 SCHAFT 真面目

霧裡看花之際,美國科技雜誌 IEEE Spectrum 彙整了相關研究論文、過去發表的文章與報導,加上該雜誌的觀察與推測,拼湊出日本機器人團隊 SCHAFT 的面貌與走向。

(SCHAFT 的參賽機器人:S‐One)

  • SCHAFT 搖籃:東京大學 JSK 機器人實驗室

SCHAFT 的雛形孕育於日本東京大學 JSK 機器人實驗室,日本機器人大師井上博允(Hirochika Inoue)也曾在此發展先進作品,目前實驗室由機器人專家稻葉雅幸(Masayuki Inaba)教授負責。

SCHAFT 的 2 位創辦人 Junichi Urata 和 Yuto Nakanishi 就屬於這間實驗室,他們早在 10 年前就著手研發人形機器人。2004 年,一起加入 Kotaro 人形機器人計畫,隨後又進行類似的研究計畫,如:KojiroKenzohKenshiro

這些研究計畫主要以仿生機器人為主,配有致動系統(actuation system),能模擬人類的肌肉、骨骼、肌腱。這類機器人極難操作,能達成的動作有限,但 Urata、Nakanishi 與同事多有突破,尤其是設計出更強而有力的新型機器人致動器(actuator),等同於人工肌肉

2010 年,他們還發表了一組液態冷卻電動機,搭配高輸出功率驅動模組(driver module),能達到高速度、高扭力矩(torque),還不會過熱,解決了機器人容易過熱的難題。SCHAFT 表示已為此技術申請專利。

  • 踹不倒的機器人,成就 DRC 冠軍

Urata、Nakanishi 的研究團隊將這組新型致動器裝在傳統人形機器人身上,而不是只搭配腱驅動機器人(musculoskeletal robot)。他們選用日本川田工業株式會社(Kawada Industries)生產的一雙機器腿,加以改造,並裝上新型致動器,正式定名為「HRP3L-JSK」,研究人員則叫它「Urata 之腿」。這款只有 2 隻腳的機器人平衡、彈性極佳,左踢又踹,前推後撞,不會倒就是不會倒,還能蹦蹦跳跳!

看研究員狂踢機器人的測試影片:

影片中,可見到 DRC 冠軍機器人 S‐One 的影子:機器腿展現無懈可擊的平衡恢復機制,是關鍵技術。只是 S‐One 的機器腿更壯、更快、更耐用,歸功於不斷改良機器人軟硬體的 Urata 和 Nakanishi!

  • Urata、Nakanishi 辭去東大職務,只為參加 DRC

DRC 希望躍上國際舞台,因此廣邀各國好手參賽,並提供優秀隊伍贊助打造機器人。不過, Urata 和 Nakanishi 身為東京大學研究員,不得收受軍事單位的贊助,2 人索性辭去工作,成立 SCHAFT 公司,Nakanishi 擔任執行長,Urata 出任技術長,Narito Suzuki 和 Takashi Kato 也加入,分別為營運長和財務長。

  • 創業團隊成員各自貢獻所長,將 SCHAFT 推向成功

一方面,Urata 和 Nakanishi 發表過約 40 篇論文,探討各種機器人技術,增加公司的知識面和經驗值;另一方面,財務長 Kato 也功不可沒,起初,日本投資圈並沒有特別注意 SCHAFT,靠著 Kato 努力爭取,才得到日本育成公司和創投公司的資金,去年更成功地吸引到搜尋引擎巨擘 Google 開價收購。

  • SCHAFT 機器人的力氣是最強機器人的 10 倍

在 DRC 中,SCHAFT 做出了一個類似 HRP3L-JSK 的機器腿,再裝上上半身。據推測,S‐One 的機器手臂也採用相同的液態冷卻高輸出電動機。營運長 Suzuki 在比賽影片中說明道,他們使用特殊的電動機讓機器人又快又有力,是人形機器人的一大突破。

SCHAFT 先前也在官網寫下這段話(現已刪除):

力氣太小是人形機器人的一大弱點⋯⋯最厲害的機器人只能產生一個真人所能發揮的 1/10 力量,我們團隊則是這種機器人的 10 倍,力氣和一名人類旗鼓相當。

S‐One 的手掌並不是 SCHAFT 自家的設計,而是加拿大機械公司 Robotiq 的商品:靈活握爪(Adaptive Gripper)。Adaptive Gripper 耗能低,而且能調整「手指」,以緊緊握住不同形狀的物品。參賽隊伍中,就有 4 組採用 Robotiq 的機器握爪。

不過,目前外界仍不清楚 S‐One 是使用何種發電系統,只能從 HRP3L-JSK 去推測。HRP3L-JSK 是導入以電容器為基礎的新式電力系統,能快速傳送大量電流,再輔以液態冷卻處理,增強了機器人的膝蓋扭力、抗震功能、彈跳高度。

  • SCHAFT 自行模擬演練、熟能生巧

除了上述厲害的硬體技術外,讓機器人勤練比賽任務似乎才是 SCHAFT 的致勝關鍵。DRC 裡的每支隊伍都在和時間賽跑,不過,大部分的參賽者都忙著趕在比賽前做出合適的機器人,最後卻沒時間練習比賽的任務題目。

SCHAFT 根據主辦單位提供的比賽場地說明,自行製作模擬場地,帶機器人反覆排練,精熟比賽的所有任務。能獲得壓倒性勝利,果然是有下過苦功。

機器人 S‐One 認真的身影都在這部影片裡(這是 SCHAFT 在 Youtube 上唯一一部官方影片,夠低調吧):

  • DRC 總決賽:機器人要更獨立、解決更複雜的任務

第 3 階段的比賽裡,機器人有更多獨立作業,但就前 2 個階段而言,幾乎所有隊伍都很依賴遠端控制(teleoperation)。再者,會彈性結合原先的 8 項任務,以求更接近真實災難現場,當然,困難指數也會隨之升高,所以去年傲視群雄的 SCHAFT 今年可不能只是求個安全過關,勢必需加強執行速度、調整部分策略。

各方好手要如何克服難關,讓我們拭目以待。

  • To be or not to be: DRC 大賽 vs. Google 產品

身為比賽觀眾,我們當然期待各組能使出渾身解數,發揮極限,更希望看到 SCHAFT 繼續留在競技台上。

可是如果 Google 真的要 SCHAFT 乖乖回家研發其他商業產品,我們也很期待會出現什麼大神機器人,能推進人類生活!真是天人交戰啊!

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(資料來源:IEEE Spectrum;圖片來源:HoarworldGizmodosamdailytimes,CC Licensed.)

Source: techorange.com

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