圖自：News.Stanford

10月21日，在世界機器人大會的主論壇上，來自斯坦福大學的 Oussama Khatib 教授做了名為《海洋一號：化身為海底探險家的機器人》（Ocean One: A Robot Avatar for Oceanic Discovery）的演講，從演講英文名中我們可以看出這是一個海底“阿凡達”，人類的替身。

本文根據(jù) Khatib 教授現(xiàn)場演講整理，雷鋒網(wǎng)在不改變原意的基礎上做了一定程度的修改。

(Oussama Khatib 教授正在演講)

對于人類來說，在海底工作是非常困難的，而機器人就是解決之道。

La Lunel 在法語中是“月亮”的意思，這是過去法國在 17 世紀一艘船的名字。它于 1664 年沉沒，當時它從北非開回法國，距離法國南部海岸 20 英里的地方沉沒了。這艘船當時沉沒的地方，距離海面 91米，如果人要進到那個地方就必須進行很好的保護，要把人放到水下服當中，而且需要機械臂才能把人送到那個地方，因為人在這么深的地方根本沒辦法活動。

我們地球 70%  以上的地方都是水，人類通常潛水能達到的深度只有 40 米左右，而整個海洋中有太多珍貴的東西可以探索。

大多數(shù)的水下機器人都是用來導航或者觀測水下的物體，我們人類只能在水上通過機器人看水下的東西，而沒法在海底做什么其他的工作?，F(xiàn)在我們想解決的問題就是在水下進行操作，這就需要我們有很好的操控技術。

“海洋一號”其實就是懷著這樣一個想法開始進行實驗的。它特別的一點是，人類不僅可以操控它，還可以通過它身上搭載的眾多傳感器來“感受”海底世界。其設計理念就是希望通過這種傳感式的交互實現(xiàn)操控，也就是說當機器人觸摸什么東西的時候，你在船上也能夠感受到它。這是依靠一套“雙手觸覺反饋”系統(tǒng)實現(xiàn)的。

我們斯坦福大學和 Macro Robotics 等一起合作。這里涉及到很多的傳感器，包括懸浮臂等等，這是我們在斯坦福大學做測試的一張平臺圖。

除了很好的操控外，還需良好的移動性（Mobility），這是另外一個大的挑戰(zhàn)。在移動性方面，“Ashmo”機器人就做的非常好，它能單腿跳躍，做各種靈活的動作，也能夠很好地和環(huán)境進行互動。

現(xiàn)在有一個被忽略的事實是，我們?yōu)闄C器人編寫程序的方法并沒有做到最好，如果單靠傳統(tǒng)編程方法實現(xiàn)“海洋一號”的感知、移動等各種動作，那所需的的編程量太大了。而且如果原有的任務發(fā)生少許改變，那么很多東西都要重寫。

對于在制造工廠和生產(chǎn)線當中做重復相同任務的機器人來說，我們現(xiàn)在機器人編程并沒有問題，因為任務都是相同的，我們不用重新編程。但是對于面臨危險環(huán)境、復雜狀況的機器人來說，這就不夠。要通過對機器人進行編程，讓它們進行實時的反應來應對高挑戰(zhàn)的環(huán)境是非常困難的。

所以這時候，人類需要機器人執(zhí)行挑戰(zhàn)性任務，機器人也需要人的幫助?！昂Ｑ笠惶枴边@種“觸覺交互”，意味著當機器人遇到問題的時候人類能夠做出反應，引導它渡過困難。我們當然也需要對這種觸感進行模擬（Simulation），所以對觸覺傳過來的信息也應當進行處理。我們需要將觸覺再現(xiàn)（Haptic Rendering）、觸覺顯示（ Haptic Display）、 觸覺遙操作（Haptic Teleoperation）等所有的這些整合到一起。

操控技術也十分重要，好的操控技術能開發(fā)出機器人的能力。這種操控技術改變了我們對機器人編程的方式。過去機器人有些固定的運行軌跡，現(xiàn)在我們在屏幕上所看到的動作，是沒有事先對運行軌跡進行任何規(guī)劃的。

首先機器人要能夠識別出某個特定的東西，然后進行一些非常復雜的操作，運行軌跡也不是固定的，甚至還要能夠感知到重量，并且對這個重量做出一些反饋，這樣的話才能完成一些任務，并且也希望機器人從人類機能當中學習到一些東西，現(xiàn)在機器人對于不同的材料、地質、環(huán)境等可以進行規(guī)劃總結，就算我們故意為其設置阻礙，它仍能完成任務。

有的時候我們還需要和機器人進行實際的互動，還是剛才提到的機器人“Ashmo”，我們會訓練讓它躲開前面的東西，不要碰到人類的手。某些情況我們是需要一些人工工作的，因為這些地方都是非常危險的環(huán)境。

現(xiàn)在可以與人交互的機器人，更多的還是設置在室內、屏蔽的環(huán)境里運行，到了比較復雜的環(huán)境當中，可與人交互的機器人做的事情并不多。我們需要充分利用這些外部復雜環(huán)境本身，一旦機器人和外界有接觸就會面臨一些反向力，包括地面如果是斜的話情況又會不一樣，也會使得機器人的反應發(fā)生變化。如果可以和所有的接觸力量處理好的話就可以實現(xiàn)爬行，但這是非常復雜的，所以我們需要開發(fā)好的模型來控制它。

我們也可以讓機器人使用一些人類使用的工具，比如機器人可以加上一些拐杖來行走，這樣的話就可以延伸機器人的支撐，并且可以在一些環(huán)境之下進行操作。當然，這同樣也是需要它在各個接觸點上面的力來進行反饋，這個對機器人的性能也有巨大的影響。

“海洋一號”在設計上是一個一體化的機器人系統(tǒng)，機器人的身子還是很重的，所以當它和外界進行接觸的時候我們要保證機器人臂能夠很好地反應，它的機器人臂是可以彎曲的。除此之外，這個機器人能夠根據(jù)任務的情況來調整它的狀態(tài)，如果需要操縱多個物體的話也需要進行這種反應。這個對機器人的控制和良好的工作來說是非常重要的，并且也要看它在實際環(huán)境當中表現(xiàn)得怎么樣。

而且機器人必須要能夠實時和人類進行互動，人類應該能夠隨時干預機器人的行為。這是我們的控制界面，包括控制它的導航和動作，也可以結合機器人進行互動。

一開始，我們把“海洋一號”放到了斯坦福大學的一個游泳池里測試，機器人可以在里面游行，很多的學生也非常喜歡和機器人一起自拍，他們都在池邊看機器人的表現(xiàn)。機器人準備好了之后，我們把它運到地中海，之后用這個機器人來做一些水下地質勘探的工作，讓機器人潛入真實的大海中進行第一次探險。

一開始在海面，因為有洋流的影響，它可能會撞上船，這是有點危險的，但是一旦下去以后就能夠開始自己巡游。“海洋一號”可以在水下與潛水員協(xié)作共同執(zhí)行任務，所以它就成了兩個人的溝通媒介，一個是船上的指揮者，一個是水里的潛水員。

（圖自：News.Stanford）

一開始人機協(xié)作還只是在 15 米深的海里，之后我們就跟它揮手拜拜，它要獨自下降到更深的海域了。我不知道大家是否真的了解到 90 米深的時候是什么樣子，海底非常的黑暗，我們把攝像機和照明設備放到里面。每下 1 米我們都感到非常的緊張，因為我們不知道的“海洋一號”在這個深度下面是不是能夠存活。

我們一直在監(jiān)測水壓，在操作室和控制室里可以看到船底下的照明燈的情況，到了 80 米的時候就可以看到下面有些突起的東西。這個船上有兩個大炮，也有多角度的畫面，當我們接近這個船的表面的時候，就慢慢地告訴我們已經(jīng)接近了船身。

實際上我們機器人已經(jīng)下到了“月亮”號所在的深度，通過機器人能夠看到船的具體的情況。中間一段時間，機器人的左臂被船上的大炮卡住了，沒有辦法動，當時整個任務幾乎面臨中止的窘境。但是因為這個機器人有胳膊可以支撐著走，我們通過讓它落地，引導它的胳膊肘進行了拐動，一下子就從卡住的地方出來了?！昂Ｑ笠惶枴敝筮M一步潛行到另外一個地方，繼續(xù)查看“月亮”號。

這是我們從船上打撈出來的一些東西，“海洋一號”將物品放到一個特殊的容器之后，船上的人員把物品從水下直接拉起。

我們從船上找到一些珍寶，很多都是來自于 17 世紀的，而很多其它的機器人或者操控的設備會很容易打碎這些東西。這是 350 年前的一個古董花瓶，已經(jīng)在水下待了 300 多年，這是 300 多年以來第一次有人觸摸到它，并且把它帶回到水上。

（Oussama Khatib 教授手拿剛打撈上來的古董花瓶，圖自：News.Stanford）

“月亮”號已經(jīng)在地中海的海底待了好多年，我們把船上很多古代的物品都放到了一個盒子里面，然后讓這個盒子浮到水面上。船上的工作人員看到這些物品的時候都非常的激動，讓一個機器人深入海底，能夠在海底存活，又把這些古代的古董打撈起來，真是太激動人心了。我們打開香檳慶祝，對于所有為此做出貢獻的團隊都相互表示祝賀。

（參與這次任務的團隊成員）

我們之后把“海洋一號”放到當?shù)氐牟┪镳^展出了幾天，“月亮”號任務的完成，離不開很多機構的協(xié)助，這對我們來講是一個非常具有挑戰(zhàn)性的任務，但也是非常令人激動的工作成果。

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