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深度剖析阿特拉斯機器人的功能展示

從一個平臺跳躍到另一個平臺，再來一個后空翻！日前，一段人形機器人完美玩轉后空翻的視頻在互聯網上流傳開來，使人形機器人“阿特拉斯”（Atlas）一舉成為“網紅”。以希臘神話中力大無窮、雙肩支撐蒼天的擎天神來命名，“阿特拉斯”果然不負眾望，以鋼筋鐵骨之軀實現了漂亮的后空翻，標志著機器人研究領域的又一次飛躍。現有的機器人“王國”包括固定、輪式、履帶式、雙足及多足等不同“種群”。以雙足和多足為主要特征的腿足機器人對惡劣地形環境適應能力更強、研制難度更高，代表著機器人研究領域的技術巔峰。長期以來，各軍事大國都對腿足機器人研究表現出強烈興趣。開展“阿特拉斯”等腿足機器人研究，背后就是軍事應用的巨大需求牽引。翻個筋斗到底有多難不就是機器人翻個“筋斗”，這還能有多難？不過，后空翻畢竟是個難度極高的動作，常人不易做到，就是體操運動員也要訓練多時才能完成。此次進軍“體操”界的機器人“阿特拉斯”，本身就是個“膘肥體壯”的大型雙足機器人，除在移動過程中要保持平衡外，還需要用雙腿來平衡體積龐大的上半身。為完成“后空翻”這個看似不可能完成的任務，“阿特拉斯”從起跳、空翻到平穩著地，整個過程需要手、腳、腰同時運動。它的“大腦”必須通過數學公式預先精確計算好各個部位的運動線路、方向和角度，然后機械地控制起、轉和落地。萬事開頭難。就起跳而言，“阿特拉斯”需要提前對整個過程進行精確規劃。更重要的是，“阿特拉斯”要有強勁有力的雙腿，如果力量不夠大，就不能給翻轉留出足夠的時間，更談不上后續的動態調整。“阿特拉斯”目前已經配備了內置驅動電池，通過有效的電量管理，可在瞬間爆發出驚人的巨大能量。其實，空中翻轉過程才是真正“見功夫”的動作。“阿特拉斯”是一個多自由度、多剛體的機器人系統，姿態的精準控制異常復雜，需要機器人體內各類姿態傳感器實時回傳狀態參數。通過匯聚來自“身體”各個部位的姿態信息，它的“運動中樞”才能根據算法進行控制決策，不斷優化各個部位的參數指標。在空中的“阿特拉斯”處于拋物線運動狀態，必須通過隨時改變姿態在落地前找準“亮相”的最佳姿勢。即便一路“闖關”，“阿特拉斯”要想“平安著陸”也遠沒有想象的那么簡單。落地過程中需要應對沖擊處理和保持平衡，無論是何種接觸面，“阿特拉斯”在與地面接觸的瞬間都將受到巨大的接觸撞擊。此時要利用液壓伺服控制系統，來有效減輕瞬間沖擊力。“阿特拉斯”的腳部也會安裝多維力傳感器，對腳的受力狀態進行輔助控制。同時，落地一瞬間“阿特拉斯”的“關節”位置上移或下移一點，都有可能導致重心不穩而摔倒，這對精準控制提出了更高要求。 “男一號”展示新技能說起軍用機器人，我們的第一反應就是輪式或履帶式，配備有機械手和傳感器的笨拙機器。在《機械公敵》《終結者》這些科幻電影中，機器人已被描繪成雙腿站立的“鋼鐵勇士”。如今，以人形機器人為代表的腿足機器人正走上發展完善的“快車道”，而“阿特拉斯”正是其中的佼佼者。通過不斷改進升級，“阿特拉斯”可以“走路”穿越各種地形，攀爬并扛起重物，手部還能完成開門和抓取物體的動作。通過身上搭載的激光雷達和各類傳感器，這家伙還擁有避障和識別物體的能力。研究人員曾經讓“阿特拉斯”在一塊2厘米寬的木板上“金雞獨立”，它竟然成功堅持了20多秒。如今，“阿特拉斯”再次解鎖新技能，除可實現漂亮的后空翻外，它還變得更加輕便靈巧。即便是后空翻失誤摔倒了，它也能自己爬起來。在“阿特拉斯”成為“網紅”之前，還有一款腿足機器人因酷似“木牛流馬”而引發廣泛關注，那就是“大狗”機器人。“大狗”的真名為“步兵班組支援系統”，是由波士頓動力公司與美國國防部高級研究計劃局共同研制的產品。“大狗”體重109千克，奔跑速度可達6.4公里/小時，最大爬坡度35度。與其說“大狗”是一只機器“狗”，還不如說它是一只機器“騾子”。“大狗”主要模仿四足動物，在地形復雜的戰場上運送物資，能夠攜帶輜重在崎嶇不平的山路上行走30公里。不過，看起來不錯的“大狗”被送到阿富汗前線后，使用起來聲音大，隱蔽性差，且在戰場上難以修理，并沒有被正式列裝到美軍作戰部隊。 “機器戰士”或將現身未來戰場早在阿富汗戰場和伊拉克戰場上，美軍的軍用機器人就已經大顯身手。但這些機器人多是輪式或履帶式，越障能力差、地形適應能力不強。以“阿特拉斯”為代表的機器人能站立、行走和奔跑，有可能改變未來戰爭模式，把整個戰場攪個“翻江倒海”。早在2015年初，俄羅斯總統普京就曾參觀過同樣“聰明靈巧”的人形作戰機器人，這個機器人甚至還能騎摩托車。這些已經具備執行偵察監視、警戒執勤和精確打擊等作戰能力的軍用機器人，或將在未來戰場上演驚心動魄的機器人大戰。未來戰場情況復雜多變，“阿特拉斯”等機器人在山地作戰和城市作戰中，更能發揮出其機動靈活的特性，達到更好的作戰效果。美國國防部資助的“壁虎”（Rise）機器人，就有6條電動馬達驅動的機械腿，爬樹或翻墻都不在話下，目標直指特種偵察。就連“大狗”等腿足機器人未來也不僅僅只是個“馱夫”，還能加裝武器和防護裝甲，成為步兵火力支援平臺，更好地協同人類作戰。其實，耗費心血研發“阿特拉斯”，人們更是在為自己找尋一件“鐵甲戰衣”。美國國防部早就利用同類技術研制可綁在士兵腿上的“機器腿”，也被稱作外骨骼增強器。這種“機器腿”能讓單兵背負物資重量大幅提升，還能減輕長期負重的疲勞，加快行軍速度，將每名士兵變身為“機器戰士”。通過對“阿特拉斯”手腳活動能力的“參悟”，人們還將開發出更加神奇的“機械手”。目前，擁有機械手的人形機器人已經能夠進入危險環境中作業，在處理核事故、爆炸物等領域具有廣闊的應用前景。當然，“阿特拉斯”的“從軍路”依舊布滿荊棘。一般而言，機器人在完成同等任務時的能量消耗超過人類的100倍，續航能力存在一定缺陷。此外，機器人的精準操控和平衡問題是尚未完全解決的技術難題，仍有待完善和發展。

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