机器人来了：DRC大赛后的思考

看到“机器人”这个词，你第一个想到的是什么？很可能是科幻小说里的角色，比如《星球大战》里忠诚的 C3PO 机器人，或者如果你心态比较悲观，那你想到的也许会是《终结者》系列里的杀人机器。
“机器人”这个高科技行业的拟人设备概念由来已久，单词“Robot”源于旧斯拉夫语的“Rabota”，意思是奴隶，首次出现在 1921 年捷克艺术家卡雷尔·恰佩克（Karel Čapek）的《罗苏姆的通用机器人》（Rossum’s Universal Robots）中，剧中机器人由人类扮演，造型和人类相似。
早期的机器人概念和形式，很大一部分来自我们想象，不管是艾萨克·阿西莫夫（Isaac Asimov）短篇科幻小说里的机器人，还是电影里的机器人，大多都有着人类现实生活的印记。
然而实际情况并不如此，现在的机器人通常和人类没有任何相似之处。地球上的机器人们做着很平凡的琐事，比如在车间组装汽车零部件，根据网上订单从仓库中选取商品，打扫卫生、修剪草坪。
最近无人驾驶汽车出现在公路上，机器人进化方向终于朝着《罗苏姆的通用机器人》走了一大步。这一点让许多人觉得不舒服，在今年 2 月 Seapine 软件公司赞助发起的民意调查中，88% 美国人表示，不喜欢无人驾驶汽车这个概念，主要原因和顾虑，是害怕汽车失去控制。
新旧两种机器人的概念区别在于，它们是否能自主行事。不论是通过直接操纵，比如手握方向盘，还是间接和远程操控，过去的机器人时时刻刻处于人类控制之下，然而最新的机器人有了自主权，它们外形也开始变得和人类相似。
去年 12 月，美国国防部高级研究计划署（Defense Advanced Research Projects Agency，简称 DARPA）在迈阿密举办了一场机器人竞赛，我们从中可以看到未来机器人的影子。当时我观摩机器人们表演，心情从欣慰到开心、最后还有点恐慌，我感觉要不了多久，DARPA 大赛中的机器人就能颠覆我们的科技世界。
DARPA 是个神奇的政府机构，它给我们带来了不少突破性的技术进展，比如互联网、卫星导航系统、隐形战斗机和无人驾驶汽车（编注：互联网和无人驾驶汽车并不是 MIT、Google 单独研发，DARPA 也有参与，它还举办过各类竞赛促进技术发展）。
这个机构所用预算不到国防部总预算的 0.5%，大约由 100 名项目管理者和技术支持人员组成，但它对社会造成的深远影响与其规模完全不成比例。而如今，又是它在一手推动机器人技术发展，特别是通用用途、半自主的人形机器人。
DARPA 机器人挑战赛（DARPA Robots Challenge, DRC）在霍姆斯特德－迈阿密赛道上举行，那天天气晴朗、万里无云，有 16 支队伍参赛，他们都想要证明自己是最好的，以获得 100 万美元的奖金，用于进一步研发工作。其中日本、韩国、香港各一队，剩下都是美国公司和机构，有麻省理工学院、卡耐基梅隆大学和美国航天局这种大型机构，也有小公司，甚至有一队是由业务爱好者组成，他们利用晚上和周末的空闲时间制作机器人。
比赛分两天进行，共有八个部分，和公路赛道上寻常赛事不同，DRC 气氛并不紧张，就像高尔夫比赛一样。在比赛的第二天，我就习惯了机器人缓慢而单调的动作。许多机器人看起来都重达千钧，特别是波士顿动力（Boston Dynamics）的阿特拉斯号（Atlas），阿特拉斯号是个硬件平台，为那些没有自己的机器人的队伍提供空间，展示他们的编程技巧，以及对机器学习、视觉触觉等感官识别和行为规划的研究。
阿特拉斯号就像是《终结者》里的杀人机器，与和蔼可亲的 C3PO 完全不一样。它身高 1.9 米，体重 150 千克，有 28 个液压关节，身体材质是塑料和铬合金。它的眼睛是个立体摄像机，眼睛上有个激光雷达测距仪，结合起来，可以形成周边环境的概览图。
“我看着它弯腰的姿势和迟钝的反应，感觉它和课堂上躲在角落里不学习的傻瓜一样。”
但它只是个新生儿，刚来到这个世界，正在蹒跚学步。在某一部分竞赛中，一个队伍操控着它面对门把手无能为力，我看着它弯腰的姿势和迟钝的反应，感觉它和课堂上躲在角落里不学习的傻瓜一样。
竞赛就这么进行，16 支队伍操控着机器人，在吉尔·普拉特（Gill Pratt，麻省理工学院毕业的电气工程师和计算机科学家）设计的各个竞赛环节中比拼软硬件实力。
普拉特创立 DRC 的起因是 2011 年 3 月日本福岛第一核电站事故，三个核反应堆在地震和海啸后意外的堆芯熔毁，随后发生了氢气爆炸，使得放射性碎片分布核电站周围。时至三年之后，核电站方圆 12 公里周围都依然不适合人类生存，具有放射性的地下水依然不断排入太平洋。
当侦测到地震时，1、2、3 号机组立刻进入自动停机程序。因此，厂内发电功能停止，由于机组与电力网的连接也遭受到大规模损毁，只能倚赖紧急柴油发电机驱动电子系统与冷却系统。但是，随即而来的大海啸淹没了紧急发电机室，损毁了紧急柴油发电机，冷却系统因此停止运作，反应堆开始过热。地震与海啸造成的损毁也阻碍了外来的救援。在之后的几个小时到几天内，1、2、3 号反应堆经历了堆芯熔毁。员工们努力设法使反应堆得以冷却，但却又发生了几起氢气爆炸事件。政府命令使用海水来冷却反应堆，这也彻底打消了未来修复反应堆的念头。（维基百科）
2011 年 11 月发行的《IEEE Spectrum》杂志上一篇文章称，“如果能及时处理反应堆 1 号机未排除的气体，那么后续反应堆的破坏是可以避免的。”
这个报告让普拉特有了创立 DARPA 机器人挑战赛的想法，因为一旦堆芯熔毁，整个反应堆附近温度会急剧上升，人类根本无法靠近，更别说打开气体阀门了。DARPA 部门一位主管阿尔提·普拉巴卡尔（Arati Prabhakar）在 DRC 竞赛时告诉我：“在发生了福岛核电站事件后，我们这行业的每个人都深感遗憾，如果能早些研发出这类机器人，一切都会不一样。”
机器人设计的挑战在于：让机器人能够准确的感知变化的周边世界，迅速制定相应的移动线路规划，然后在感知信息尚未过期前执行这些规划，否则又要重新进行感知和计算过程。这个挑战是两岁小孩就能完美做到的事情，但 DARPA 把它归类为“DARPA-困难”。
这是因为挑战的每个部分——感知、规划和运动——都需要大量计算，在最短的时间内算出所需结果。很长一段时间内，机器人运动场所的环境变量都在人为控制范围中，比如工厂之类的地区，因为那些地方变量较少、计算量符合处理器性能。
直到近些年这一控制才有所放松，DARPA 在 2004、2005 和 2007 年举行了无人驾驶汽车的长途竞赛和城市挑战赛，证明了机器人能在这纷繁的世界上自主行事。计算机速度已经足够快、体积足够小，传感器和算法也改进得逐渐适应了现实生活的要求，让汽车足以能在城市街道上自主行驶了。
“科幻小说带来了一个问题，人们觉得许多技术实现起来很简单，但实际上并不是这样。”
尽管如此，这些有着轮子的机器人还是经过了简化，计算性能利用率更高，它们不需要维持平衡、不需要动用太多部件就可以往前走，但同时也不能做出高难度的动作，比如攀爬。它们不能对不可预知的环境变化——例如建筑物的废墟——作出反应，也不能像使用工具。这一切，都是 DRC 竞赛中的比拼项目。
普拉特和他的同事们设计了八项挑战，都是与人类急救人员行为类似的任务，但环境更为险峻，包括：短距离驾驶汽车，移动某一条线路上的废墟，开门，连接消防水带，攀登 2.4 米高的陡峭梯子，用电动工具在墙上打洞，转动车轮（模拟打开阀门），徒步穿越凹凸不平的地面。
如果说这种“对人太简单而对机器人较困难”的任务没有足够挑战性，DARPA 还在另一个层面上提高了难度：通讯。如果机器人与人类操控端之间超过了视线可见的距离，通讯质量会下降，普拉特把这个下降比喻成手机通话时的信号强弱，清晰可见和噪音满满的区别。难度提高后，机器人就有必要实现自主行动功能了，或者说，至少得实现半自主。不能像原先一样，在发送数据回控制端后等待具体指令，而是要能够理解一些更高层次的要求，比如“走向那扇门”和“开门”，换句话说，机器人必须要具备一定思维。
在普拉特的构思中，DPR 初赛（DPR Trails）是未来一系列竞赛中的第一环，功能就像是在“校对认知”，让 DARPA 能够了解目前机器人技术发展情况，以设计明年 DRC 总决赛项目。“这次是试验性的比赛，好处在于它能让我们直观的了解到，机器人能做到什么，”DPR 开始前，普拉特在记者发布会上这么说，“缺点也同样明显，有时候我们会被科幻小说误导认知，以为有些事情很容易做到，但实际上根本不是那样，我们有着不见棺材不落泪的心态，还是要先去做，实例才有说服力。所以说，这场比赛不仅能让我们改正对机器人的认识，更主要的是，能让大众摆正认识。”
做这种校对既是科学，也能算是艺术。波士顿动力负责人马克·雷波特（Marc Raibert）做这项工作已经有 30 余年，20 世纪 80 年代和 90 年代他分别在卡耐基梅隆大学和麻省理工学院担任教授，1992 年他辞职创办波士顿动力公司。在 DRC 赛场上，比赛规定是要穿颜色鲜艳的安全背心，但雷波特穿的是夏威夷衬衫，似乎这些规则对他不适用。
波士顿动力公司研发的 LS3 有脚给养支持系统（Legged Squad Support System）和野猫四组机器人（Wildcat）在整个赛程中表现十分亮眼，虽然不是参赛者，公司确实为 DRC 初赛的成功作出了不菲贡献，比如阿特拉斯号机器人这个平台。波士顿动力很早前就开始与 DARPA 合作，内容包括打造仿动物机器人，让 LS3 应用于士兵装备运输，升级阿特拉斯号让其支持内置便携式电源，改进 DRC 上依靠电缆进行传输供电的运行模式。
早在上世纪 60 年代，DARPA 的项目管理者们就开始思考，试图打造能够翻越不同地形运输食物和弹药的“机械大象”和“机械马”，在特殊地形时能够替代吉普车和直升机作为后勤工具，让越南战争中的越共士兵能用上它们。不过在 DARPA 下一代领导人上任后，这个想法就被淡化，因为领导层害怕这个远超时代的想法被传播出去，而自己没能力实现。
五十年后的现在，技术发展已经跟上了想象力，波士顿动力已经成功研发了机械马。“动物能做的事情，就是我们想要机器也能做的事情，”雷波特在 DRC 上告诉我，“它们可以爬山，可以在非常复杂的地形中运动，包括人类在内，动物用自己的四肢几乎到达了地球上每一个地方，轮子和履带做不到这一点。所以说，我们的梦想就是设计出有动物一般机动性和智能的机器人。”
在展示技术时，一名波士顿动力的工程师拿着无线电控制器，命令 LS3 从跪姿站立，结果这个机器人展示了惊人的灵巧——伴随着一阵引擎启动声，它立马就开始了慢跑。
在实现了一般程度的灵活性后，LS3 的研发又回到了原先的问题上：自主行事。尽管这个人形机器人可以保持自身直立，甚至跟随前方人类的脚步，但它需要一名操作者在附近，智慧程度与真正的动物无法匹敌。雷波特表示，“动物有很多肌肉，有大脑控制这些肌肉，还有强壮的骨骼等等，这种程度的动作根本不在话下，但对于我们这些工程师，这就是必须攻克的难题了。”
LS3，或者说 DRC 初赛的作用在于，告诉工程师和大众科技局限性所在……直到出现突破性进展。自从 1958 年成立以来，DARPA 项目管理者们见证了太多的突破，所以 DARPA 副署长史蒂芬·沃克（Steven Walker）带着强烈自信告诉我，尽管现在机器人面临的挑战是复杂地形，但他可以肯定，几年内的 DRC 赛事上就可以看到速度和灵活性兼备的机器人。沃克曾经是采用了吸气式超燃冲压发动机的、世界上最快的飞机 X-51A 项目领头人，那是 DARPA 历史上最成功的项目之一。
在 2004 年的无人驾驶汽车挑战赛上，没有一辆汽车能够走完全程，而那时的全程赛道位于沙漠上，几乎都是直线冲刺。到了 2005 年，就出现了 5 名完成者。2007 年的第三届比赛上，这些无人驾驶汽车就能在模拟城市街道上自主导航了。时隔三年，汽车制造商就已经实现了特定制约下的自主行事，让机器人们变得“更主动”，至于是否能完全自主行事，阻碍在于社会和政治角度，而非技术限制。
普拉特、沃克、普拉巴卡尔以及所有参与了 DRC 的团队，都一致认为自主人形机器人是行业的正确发展方向，他们对于行业的看法，正如机器人能用激光雷达测距仪清晰勾勒出周围环境一般。
不得不承认，这一届 DRC 初赛上的机器人水平大体上确实不够看，只有冠军 SCHAFT 队亮蓝色的人形机器人——其实就是把传感器和计算系统做成了人形——有不少亮点，在其他机器人蹒跚而犹豫的时候，它大步跨越了崎岖地形，穿过了路径上随机摆放的煤渣块障碍物，它的动作看起来充满自信。在阶梯挑战上，它一步当两步走，在规定时间内完成了任务。
SCHAFT 团队领袖是中西佑都（Yuto Nakanishi），在每一项比赛进行时候，他都表现得安静而专注，直到自己队伍的机器人获胜，他才会握拳示意。很显然，SCHAFT 团队有着王者气质，最终它也赢得了比赛。而且 SCHAFT 队伍背后是东京大学下属的一家私人公司，福岛第一核电站事故正发生在日本，它获得了 DRC 冠军也算是实至名归、非常合适的。
同时，就像 Google 对于自动驾驶汽车的研发工作——在 2005 年收购了一只获得自动驾驶汽车挑战赛的冠军队伍——一样，这家搜索引擎巨头在 DRC 开始前一周作，买下了 SCHAFT 和波士顿动力，DARPA 前任领头人里贾·纳杜根（Regina Dugan）进入 SCHAFT 董事会，纳杜根原先在 Google（前）子公司摩托罗拉负责先进技术和项目。Google 就像是平民版 DARPA 一般。
“人形机器人进入人类科技版图纸是个时间问题，就像无人驾驶汽车和可穿戴智能设备一样。”
除了 SCHAFT 和波士顿动力，Google 还收购了其他五家机器人公司，毫无疑问地，这家地球上最成功的创新型企业为机器人研发付出了巨大赌注。虽然 Google 从不透露其未来计划，但从它动向不难看出一二，不论我们喜不喜欢这个变化，可以这么说，通用用途的、行为半自主的人形机器人将在我们未来的科技领域打下一片天空，就像 Google 的另外两个项目一样：无人驾驶汽车，可穿戴智能设备。
灾难覆盖区只是“通用”的一个方面，机器人还能用于其他人类创造的环境中，发挥更大作用。例如智能家居中的机器人吸尘器、温控器、灯、喷头等等，目前这些设备售价甚高，只有那些有闲钱的人才能买来尝鲜，而未来随着人口增长，它们会逐渐变成必需品。
在工业化国家，年龄 65 岁以上的人口数量增长速度，远比劳动力人口增长速度要快。例如，根据卫生和人类服务部统计，美国内前者数额将在 2030 年达到 7210 万人，是 2000 年的两倍。而在日本，65 岁以上群体数量增长速度快得前所未有，根据日本国家人口和社会保障研究所预测，到 2050 年时这个群体数量将占据全国人口数量的四分之一。
DRC 赛事负责人吉尔·普拉特（Gill Pratt）观察到了这个趋势，他发现已经有不少家用洗碗机和真空吸尘器了，但他并不否认这 DRC 赛事中的机器人，尽管它们造价昂贵、体积巨大，设计目的也是用于福岛第一核电站事故之类的灾难。普拉特预测说，将来机器人能够大批量生产，成本降低至公众水平，全世界的消防部门都能用得上，一旦出现了灾难，它们会和消防车、除颤器在第一时间到达现场。
“很显然，如果实现人道主义的机器人出现了，那机器人士兵也就很快会出现。”
普拉特表示，DRC 赛事上的机器人设计纯粹出于人道主义，DARPA 部门并不打算把它们军事用途。但很多人都不认同这个说法，例如国际机器人武装控制委员会的马克·哥布德（Mark Gubrud），哥布德跟我说，“我觉得 DRC 这事儿，首先要看的就是它赞助商 DARPA，很显然，他们不光要设计用于枯燥、肮脏和危险环境的机器人，还会有兴趣制造机器人士兵，至少这是他们长期目标之一。很显然，一旦有了前者，后者也就不远了。”真是大煞风景，就算这话说得没错，但我认为，未来 C3PO 和终结者都注定会是我们生活的一部分。
在经过开发团队一年的努力后，今年 12 月，软硬件水平全面提升的机器人们会再一次来到 DRC 赛场上。前八名团队会直接获得 DARPA 帮助，但包括全员志愿者的 Mojavaton 队在内，其他许多队伍都要过上一年自费研发、捂紧口袋的日子。今年 DARPA 提供的奖金提升到了 200 万美元，而且 DARPA 承诺，还会启动另一个以科幻小说概念现实化为基础（就像机器人这个概念一样）的项目，证明一些看似不可能的事情，实际上是可行的。这一项目同样会影响深远，再一次动摇我们关于机器人自主行为的看法。
如果 DARPA 副署长史蒂芬·沃克（Steven Walker）是正确的，在 DRC 总决赛上，我们不仅可以看到机器人高效地进行步行、使用电动工具等比赛项目，还可以看到它们自行驾驶汽车，理解人类的许多指令。如果人形机器人发展速度能够和无人驾驶汽车一样快，那么不过几年，我们就能看到更加智能、更加自主的人形机器人，它们能够独立感知这个世界，理解和独立执行复杂命令。那时距离人形机器人侵入我们生活，作为助手、第一反应人员和执法者，也就不远了。