Kiwi項目是一個定制的兩足人類機器人，旨在將幻想人物帶入生活。

從我（作者，以下簡稱我）所看到的仿人機器人學(xué)來看，在研究領(lǐng)域的人們傳統(tǒng)上稱之為機器人學(xué)和動畫電子技術(shù)之間存在著相當(dāng)大的分歧，后者更傾向于角色驅(qū)動。

I’m Grrrrot！

迪士尼秘密研究多年機器人技術(shù)，即將用于漫威影史最萌角色小格魯特 （baby groot） 身上。

在Walt Disney Imagineering內(nèi)部開發(fā)、設(shè)計主題樂園景點的幻想工程研發(fā)部門（Imagineering 這個詞是由 Imagine （幻想） 和 Engineering （工程） 合而生成，所以這個部門可以被譯為幻想工程部。），當(dāng)中負(fù)責(zé)研發(fā)小型機器人的Kiwi項目，歷經(jīng)三年多不斷地測試后，近日便帶來了最新可自行移動、發(fā)揮功能的Groot （格魯特）機器人。

該團隊選擇從最接近漫畫角色人物的擬人機器人著手研究，因為他們明白不同場景下的應(yīng)用潛力并非他們所追求的，如何讓機器做到像人一樣真實自如才是最終目標(biāo)。

從單條腿起步，模仿人類的行走時的動作屈伸；很快就實現(xiàn)了雙腿行走和小跑，這時的動作，已經(jīng)很接近人類活動時的樣子，髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)協(xié)同運動，在保持身姿平衡的同時，姿態(tài)更接近于人。

Kiwi項目計劃打造一種無系帶的兩足類人機器人，迪士尼想象工程公司設(shè)計的這種機器人不僅能行走而不摔倒，還可通過真實方式將較小的角色變成現(xiàn)實。Kiwi大約有0.75米高，比NAO大一點，比iCub小一點，而且它幾乎完全自給自足，你在視頻中看到的繩索是用來控制而不是用來發(fā)電的。

Kiwi的續(xù)航操作時間有45分鐘，這是相當(dāng)令人印象深刻的?？紤]到它的大小和實際設(shè)定，它還囊括了驚人的50個自由度，這對于逼真的運動要求來說非常棒。

這個版本的機器人只是一個原型，聽起來在硬件優(yōu)化方面還有很多工作要做，以提高效率，增加感知和交互性。最令人驚訝的是，這不是一個舞臺機器人：迪士尼確實計劃有一些未來版本的Kiwi在周圍游蕩，并直接與公園的客人互動 —— 我相信你可以想象的出這是怎么回事。

在這個層次上的互動，可能包含了巨大的風(fēng)險，小孩子與機器人在處理“擁抱”時，這對機器人的要求非常復(fù)雜。這也是環(huán)球影城（Universal Studios）決定嘗試蒸汽朋克（Steampunk）地點時，他們需要建造自己的機器人的原因之一，例如，他們必須在它和任何潛在擁抱之間加上一道柵欄和一排盆栽植物，因為Spot并不是一個擁抱安全的機器人。

那么，如何從零開始設(shè)計一個具有個性和安全人機交互的仿人機器人的呢？我們請Kiwi項目負(fù)責(zé)人Scott LaValley解釋了他們是如何成功的。

IEEE Spectrum：迪斯尼的用例中有哪些約束意味著你必須從頭開始開發(fā)自己的平臺？

Scott LaValley：首先，我們必須考慮外形包裝的限制。我們的機器人一直被設(shè)計成一個兩足角色平臺，能夠扮演各種小角色。雖然我們有時可以在藝術(shù)上自由發(fā)揮，但在大多數(shù)情況下，機電設(shè)計必須符合最小的角色輪廓，以使機器人能夠完全以外殼、皮膚和服裝為主題。在確定項目的范圍時，與我們的尺寸約束匹配的高性能兩足動物并不存在。

同樣重要的是動作的風(fēng)格和個性，或“運動的情感”的能力。要真正捕捉到一個特定的角色表現(xiàn)，一個機器人平臺必須能夠從快速的運動表達和緩慢又微妙的范圍中切換。在我們的例子中，這需要開發(fā)定制的高速執(zhí)行器，具有必要的扭矩密度，以便封裝到機械結(jié)構(gòu)中。每個執(zhí)行機構(gòu)還配備了一個機械離合器和內(nèi)聯(lián)扭矩傳感器，以支持低剛度控制，以適應(yīng)相互作用和減少振動。

設(shè)計定制的硬件還允許我們加入在仿人機器人中不常見的額外關(guān)節(jié)。例如，僅鎖骨和肩部就有五個自由度，以支持聳肩功能和擴展的配置空間，使手勢更自然。我們還能夠集成板載計算來支持交互行為。

為了確保你的機器人不僅具有功能性，而且能夠成為一個富有表現(xiàn)力的角色，需要做出哪些妥協(xié)？

如前所述，我們面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，包裝和組件的選擇 —— 小尺寸和字符配置文件。這導(dǎo)致在設(shè)計方面做出了一些妥協(xié)。例如，我們目前依賴于剛性-柔性電路板將電子元件安裝到零件的可用表面積上，而無需額外的電纜或連接器。

不幸的是，這些電路板比標(biāo)準(zhǔn)的剛性電路板更難設(shè)計和制造，增加了復(fù)雜性、成本和制造時間。我們也可以考慮增加臀部和膝蓋驅(qū)動器的大小，如果他們不再需要適合主題服裝的話。

設(shè)計一個可靠的步行機器人本身就是一個重大的挑戰(zhàn)，但為每一個動作添加風(fēng)格和個性是一個新的復(fù)雜性層次。從軟件的角度來看，我們花了大量的時間來開發(fā)運動規(guī)劃和動畫工具，使動畫師能夠為物理角色創(chuàng)作風(fēng)格化的步態(tài)、手勢和表情。不幸的是，與屏幕上的角色不同，我們沒有選擇改變物理定律，必須通過模擬來驗證每個動作。

因此，我們目前僅限于在平坦的地面上行走和跳舞，但我們希望將來能跳過樓梯！

當(dāng)然，總有更多的事情可以做，以更好地匹配性能，我們對我們正在開發(fā)的一些產(chǎn)品感到興奮，包括下一代的設(shè)計和運動規(guī)劃器的改良。

你要如何讓這個機器人安全地處于游客身邊？

首先我要強調(diào)的是，我們非常重視安全問題，這是任何迪士尼體驗中最重要的部分。在后期，我們確實打算允許機器人與所有年齡段的游客進行互動，但這需要一個過程才能逐步實現(xiàn)。正確的安全評估是任何研發(fā)項目產(chǎn)品化的重要組成部分，我們計劃與我們的設(shè)計師、演職人員和游客一起進行游戲測試。他們的反饋將有助于確定機器人角色的體驗在實施后會是什么樣子。

從設(shè)計的角度來看，我們認(rèn)為小角色是最安全的兩足動物類型，因為它們重量輕，重心低。我們還采用了柔順控制策略，以確保機器人的執(zhí)行機構(gòu)是扭矩限制和后驅(qū)動。感知和行為設(shè)計也可能發(fā)揮關(guān)鍵作用，但最終，隨著技術(shù)的發(fā)展，我們將依靠適當(dāng)?shù)谋硌菰O(shè)計來實現(xiàn)安全水平的互動。

你認(rèn)為其他從事腿部系統(tǒng)研究的機器人專家可以從“Kiwi項目”中學(xué)到什么？

我們經(jīng)常受到其他機器人學(xué)家的啟發(fā)，他們自己也在研究腿部系統(tǒng)，但我們很樂意分享一些經(jīng)驗教訓(xùn)。記住，機器人技術(shù)基本上是跨學(xué)科的，一個好的團隊通常由硬件和軟件工程師緊密協(xié)作組成。然而，在我們的經(jīng)驗中，藝術(shù)家和動畫師在給生活帶來新的視覺方面扮演著同樣重要的角色。

我們經(jīng)常從角色動畫和游戲開發(fā)領(lǐng)域引入想法，雖然機器人角色比虛擬角色受到的約束要大得多，但我們正在解決許多相同的問題。另一個技巧是在設(shè)計過程的早期利用運動研究（通過動畫、運動捕捉和/或仿真工具），為任何新機器人生成性能驅(qū)動的需求。

編輯：jq