深度剖析人形机器人阿特拉斯翻跟斗难处以及未来趋势

从一个平台跳跃到另一个平台，再来一个后空翻！日前，一段人形机器人完美玩转后空翻的视频在互联网上流传开来，使人形机器人“阿特拉斯”（Atlas）一举成为“网红”。

以希腊神话中力大无穷、双肩支撑苍天的擎天神来命名，“阿特拉斯”果然不负众望，以钢筋铁骨之躯实现了漂亮的后空翻，标志着机器人研究领域的又一次飞跃。

现有的机器人“王国”包括固定、轮式、履带式、双足及多足等不同“种群”。以双足和多足为主要特征的腿足机器人对恶劣地形环境适应能力更强、研制难度更高，代表着机器人研究领域的技术巅峰。长期以来，各军事大国都对腿足机器人研究表现出强烈兴趣。开展“阿特拉斯”等腿足机器人研究，背后就是军事应用的巨大需求牵引。

翻个筋斗到底有多难

不就是机器人翻个“筋斗”，这还能有多难？不过，后空翻毕竟是个难度极高的动作，常人不易做到，就是体操运动员也要训练多时才能完成。

此次进军“体操”界的机器人“阿特拉斯”，本身就是个“膘肥体壮”的大型双足机器人，除在移动过程中要保持平衡外，还需要用双腿来平衡体积庞大的上半身。为完成“后空翻”这个看似不可能完成的任务，“阿特拉斯”从起跳、空翻到平稳着地，整个过程需要手、脚、腰同时运动。它的“大脑”必须通过数学公式预先精确计算好各个部位的运动线路、方向和角度，然后机械地控制起、转和落地。

万事开头难。就起跳而言，“阿特拉斯”需要提前对整个过程进行精确规划。更重要的是，“阿特拉斯”要有强劲有力的双腿，如果力量不够大，就不能给翻转留出足够的时间，更谈不上后续的动态调整。“阿特拉斯”目前已经配备了内置驱动电池，通过有效的电量管理，可在瞬间爆发出惊人的巨大能量。

其实，空中翻转过程才是真正“见功夫”的动作。“阿特拉斯”是一个多自由度、多刚体的机器人系统，姿态的精准控制异常复杂，需要机器人体内各类姿态传感器实时回传状态参数。通过汇聚来自“身体”各个部位的姿态信息，它的“运动中枢”才能根据算法进行控制决策，不断优化各个部位的参数指标。在空中的“阿特拉斯”处于抛物线运动状态，必须通过随时改变姿态在落地前找准“亮相”的最佳姿势。

即便一路“闯关”，“阿特拉斯”要想“平安着陆”也远没有想象的那么简单。落地过程中需要应对冲击处理和保持平衡，无论是何种接触面，“阿特拉斯”在与地面接触的瞬间都将受到巨大的接触撞击。此时要利用液压伺服控制系统，来有效减轻瞬间冲击力。“阿特拉斯”的脚部也会安装多维力传感器，对脚的受力状态进行辅助控制。同时，落地一瞬间“阿特拉斯”的“关节”位置上移或下移一点，都有可能导致重心不稳而摔倒，这对精准控制提出了更高要求。

“男一号”展示新技能

说起军用机器人，我们的第一反应就是轮式或履带式，配备有机械手和传感器的笨拙机器。在《机械公敌》《终结者》这些科幻电影中，机器人已被描绘成双腿站立的“钢铁勇士”。如今，以人形机器人为代表的腿足机器人正走上发展完善的“快车道”，而“阿特拉斯”正是其中的佼佼者。

通过不断改进升级，“阿特拉斯”可以“走路”穿越各种地形，攀爬并扛起重物，手部还能完成开门和抓取物体的动作。通过身上搭载的激光雷达和各类传感器，这家伙还拥有避障和识别物体的能力。研究人员曾经让“阿特拉斯”在一块2厘米宽的木板上“金鸡独立”，它竟然成功坚持了20多秒。如今，“阿特拉斯”再次解锁新技能，除可实现漂亮的后空翻外，它还变得更加轻便灵巧。即便是后空翻失误摔倒了，它也能自己爬起来。

在“阿特拉斯”成为“网红”之前，还有一款腿足机器人因酷似“木牛流马”而引发广泛关注，那就是“大狗”机器人。“大狗”的真名为“步兵班组支援系统”，是由波士顿动力公司与美国国防部高级研究计划局共同研制的产品。“大狗”体重109千克，奔跑速度可达6.4公里/小时，最大爬坡度35度。与其说“大狗”是一只机器“狗”，还不如说它是一只机器“骡子”。“大狗”主要模仿四足动物，在地形复杂的战场上运送物资，能够携带辎重在崎岖不平的山路上行走30公里。不过，看起来不错的“大狗”被送到阿富汗前线后，使用起来声音大，隐蔽性差，且在战场上难以修理，并没有被正式列装到美军作战部队。

“机器战士”或将现身未来战场

早在阿富汗战场和伊拉克战场上，美军的军用机器人就已经大显身手。但这些机器人多是轮式或履带式，越障能力差、地形适应能力不强。

以“阿特拉斯”为代表的机器人能站立、行走和奔跑，有可能改变未来战争模式，把整个战场搅个“翻江倒海”。早在2015年初，俄罗斯总统普京就曾参观过同样“聪明灵巧”的人形作战机器人，这个机器人甚至还能骑摩托车。这些已经具备执行侦察监视、警戒执勤和精确打击等作战能力的军用机器人，或将在未来战场上演惊心动魄的机器人大战。

未来战场情况复杂多变，“阿特拉斯”等机器人在山地作战和城市作战中，更能发挥出其机动灵活的特性，达到更好的作战效果。美国国防部资助的“壁虎”（Rise）机器人，就有6条电动马达驱动的机械腿，爬树或***都不在话下，目标直指特种侦察。就连“大狗”等腿足机器人未来也不仅仅只是个“驮夫”，还能加装武器和防护装甲，成为步兵火力支援平台，更好地协同人类作战。

其实，耗费心血研发“阿特拉斯”，人们更是在为自己找寻一件“铁甲战衣”。美国国防部早就利用同类技术研制可绑在士兵腿上的“机器腿”，也被称作外骨骼增强器。这种“机器腿”能让单兵背负物资重量大幅提升，还能减轻长期负重的疲劳，加快行军速度，将每名士兵变身为“机器战士”。

通过对“阿特拉斯”手脚活动能力的“参悟”，人们还将开发出更加神奇的“机械手”。目前，拥有机械手的人形机器人已经能够进入危险环境中作业，在处理核事故、爆炸物等领域具有广阔 的应用前景。

当然，“阿特拉斯”的“从军路”依旧布满荆棘。一般而言，机器人在完成同等任务时的能量消耗超过人类的100倍，续航能力存在一定缺陷。此外，机器人的精准操控和平衡问题是尚未完全解决的技术难题，仍有待完善和发展。