会走路的机器人现在正大步走向市场。
它们可能看起来很可爱，但最近出现在福特汽车公司位于底特律的范戴克变速器厂的一对机器人，是实用的工作机器。事实上，他们可能会指出自动化的未来。将机器人投入工厂并不是什么新鲜事--世界各地的工厂里已经有大约240万机器人在工作。但其中大多数只不过是牢牢固定在地面上的巨型手臂，用来焊接和绘制东西。那些拥有管理任务(如交付组件)的移动性的少数人是通过在轮子上滑行来做到这一点的。范戴克的新设备是相当不同种类的野兽。他们可以走路。
这对亮黄色的四足动物看起来有点像狗，这使得其中一只被戏称为毛茸茸的，另一只被戏称为Spot(后者也是制造它们的美国波士顿动力公司(Boston Dynamics)对这种特殊型号机器人的正式名称)。然而，这两个人并不是为了娱乐工厂的人类工人，而是为了完成一项重要的任务，福特希望这项任务能为它节省一大笔钱。背上安装了激光扫描仪，Flffy和Spot可以在20万平方米的工厂周围蹦蹦跳跳地收集数据。这些数据将被用来建立整个制造操作的详细计算机模型。这种类型的车型被称为数字孪生车，福特的工程师将利用它来解决如何重新安排生产线以生产新变速箱的问题。
多年来，随着物品的搬运和新设备的引入，工厂计划变得过时。手工测量变速器厂需要数周时间，耗资约30万美元。福特认为，既可以爬楼梯，也可以爬到难以到达的区域的Flffy和Spot，将把所需的时间减少一半，并以“一小部分成本”完成这项工作。虽然福特租赁了这些机器人，但波士顿动力公司现在已经将它们以每台7.5万美元的价格出售。在这个代价下，他们很快就会在像范戴克这样的任务中为自己付出代价。
SPOT靶场是波士顿动力公司第一个商业化的步行机器人。其他公司和研究小组开始出现更多这样的机器。有些也是四足动物。其他的是两足动物。两条腿的可以更灵活，如果也配备了手臂，更适合于捡东西或操作控制之类的任务。所有这些机器的共同点是，它们代表着-原谅我的双关语-在机器人运动方面向前迈出了一大步。
如果机器人要去人们要去的地方，它们需要能够按照人们移动的方式移动。加州理工学院(Caltech)的机器人专家亚伦·艾姆斯(Aaron Ames)说，轮子在世界上大部分地方都是无用的-只要问问任何使用轮椅的人就知道了。“我们现在可以让机器人走得很好，”艾姆斯博士说。不过，这样的机器人看起来可能有点奇怪。当一具两条腿相连的躯干漫步走出艾姆斯博士的实验室时，在加州理工大学的校园里引起了一些轰动。但这是人们必须习惯的，因为还有更多的人会来。
存在的问题有待解决，有待改进。位于俄勒冈州奥尔巴尼的敏捷机器人公司(Agility Robotics)联合创始人乔纳森·赫斯特(Jonathan Hurst)说：“但一旦我们到达那里，我们将在人类环境中拥有数百万个行走机器人。”敏捷性刚刚推出了Digit，这是一款两足双臂机器人，外表看起来像鸵鸟。目前，Digit的价格为25万美元。但现在还为时尚早。随着更多的步行机器人进入工业，它们的发展将加快，它们的生产量将增加，使机器的成本降至数万美元。
这一过程类似于飞行无人机的出现。它们曾经耗资数百万美元，用途有限，直到研究人员找到了如何使用多个协调的旋翼让小型飞机悬停的方法。这些设备可以轻松、自主地飞行。价格降到了500美元或更低，多旋翼无人机现在被用于各种工作，从电影摄影到航空测量再到递送包裹。机器人领域的一些人认为行走的机器人也走上了类似的道路。
那么是什么改变了呢？“我们现在在更大程度上理解了运动的数学，”艾姆斯博士解释说。老式的行走机器人，比如日本汽车制造商本田在2000年推出的以俗气著称的人形机器人阿西莫(Asimo)，步态矫健。这是因为他们拖着脚步向前走--一只脚向前放，检查他们的平衡，另一只脚向前移动，重新检查他们的平衡，等等。“当你走路的时候，你不会这样做，”艾姆斯博士说。“你的脚正往下走，抓住你自己。”
生物机械学家有时将人类的行走方式描述为受控坠落。迈一大步包括摆动一条腿，并将其放在地上，并在潜意识中进行小的修正，以保持身体质量向前移动时的稳定性。每条腿都像弹簧一样工作。这些运动是可以预测的，近年来研究人员已经发现了如何对它们进行数学建模。再加上操作机器人四肢的更好的执行器，以及可以更精确地测量事物的传感器，这些模型使得在机器人中重现这种行走方式成为可能。艾姆斯博士补充说，这不需要任何花哨的机器学习或人工智能来做到这一点，只需要好的老式计算即可。
阿西莫的步态和新一代机器人的步态有很大的不同。虽然阿西莫粗壮的双腿看起来很沉重，但“数字”却用一对瘦弱的四肢自信地迈着大步，愉快地摆动着双臂。波士顿动力公司制造的实验性人形机器人阿特拉斯更有能力。它可以行走、奔跑、跳跃，甚至可以进行后空翻。阿西莫做了很多名人摄影作品，但从未投入生产。本田在2018年悄悄地停止了该项目的工作，专注于更“实用”的机器人形式，比如老年人的移动设备。
和许多人一样，很容易得出结论，这些新的行走机器人只是模仿自然。但事实并非如此。四足动物作为一个稳定的平台，是设计步行机器人的一个很好的起点。经过协调四肢，获得良好的平衡，并安装了一个视觉系统，让机器人知道把脚放在哪里，Spot的设计师最终得到了一个类似狗的机器人。波士顿动力公司业务发展负责人迈克尔·佩里表示，这并不令人惊讶，因为大自然长期以来一直在开发高效的设计。
另一个艺术进化到模仿自然的例子发生在数字设计过程中。这是从Cassie那里继承了鸵鸟的外表，Cassie是一种两条腿的躯干，Agility将其出售给了一些研究小组。卡西的开发人员必须找到一种方法来阻止机器人的一些执行机构马达相互作用。他们的解决方案看起来就像一双鸟的腿。
由于工程师们试图解决另一个问题，卡西随后获得了手臂，并进化成了数字。当它向前摆动一条腿时，卡西的身体有点扭曲，如果机器人走得很快，有时会导致它摔倒。在自然界中，一些动物在高速移动时用尾巴来改善平衡。借鉴这一想法，敏捷的研究人员在机器人躯干的两边各安装了一对尾巴状的附属物，以提高其机动性。成功了。然后他们把这些附肢变成了一对手臂。它们可以在机器人跌倒时接住它，并帮助它重新站起来。
不过，这些手臂还可以执行其他有用的任务，比如在仓库里搬运箱子。手指最多可携带20公斤。赫斯特博士认为，配送和送货很可能是行走机器人的一个重要应用，特别是在新冠肺炎之后实施的限制措施导致电子商务蓬勃发展的今天。一些巨大的自动化配送中心是为传统的固定和轮式机器人系统设立的，但这些建筑通常是从零开始建造的。大多数仓库都是围绕人设计的。有腿的机器人移动方式与人类工人相似，可以很好地适应。
随着进一步的发展，步行机器人将承担更复杂的任务，如送货上门。福特正在用一种坐在面包车后座的数字机器人来解决这一问题。尽管有轮子的机器人已经在送一些快递，但到达许多家庭是很棘手的，可能需要爬台阶或楼梯。赫斯特博士观察到：“腿是你想要走到大多数前门递送包裹的方式。”
具体如何做到这一点还有待观察。除非它们在执行预先编程的任务，否则大多数移动机器人都需要操作员提供基本指令，例如，前进到某个点。然后机器人自己走到那里，避开障碍物，沿途爬上或爬下台阶和楼梯。这意味着送货上门的步行机器人可能需要某种附近的数字地图，以便提前知道它可以穿越的路径和应该避开的花坛。这可能涉及到大量的数据获取工作，就像那些用来为无人驾驶汽车构建数字地图的工作一样。同样，在工厂或仓库里，行走的机器人在被放出来独立工作之前，需要有人给它展示绳索。
一个完全自主的机器人可以走进一个未知的环境，并自行决定它需要做什么，还有很长的路要走。对于这样的设备来说，最困难的任务之一将是自主地在家里照顾某人。机器人必须能够做出许多复杂的决定，比如给他们正确的药物，决定是否让陌生人进入家里，或者知道什么时候带狗散步。然而，许多机器人专家认为，他们总有一天会达到目标，或者至少接近目标。
与此同时，正在开发的新一代机器人将继续增强机器的能力。在波士顿动力公司，佩里先生认为，除了勘测之外，SPOT还将在检查和维护方面发挥许多作用-例如，进入尚未脱离电网的变电站等危险环境(如果要让人类工程师进入，这是必要的)。
Spot的下一个诀窍将是采取行动来解决问题，而不是仅仅寻找问题，比如扔一个开关或转动一个阀门。它只有一只机械臂就能做到这一点，这让它看起来不那么像一只狗，而更像一只长颈腕龙。这种配置的原型已经在公司的办公室里运行，打开和关闭门。
这个版本的现货应该会在明年开始销售。至于波士顿动力公司的人形机器人阿特拉斯(Atlas)，目前它的价格太高，无法生产出商业版本。但佩里表示，从中吸取的教训将有助于为其他机器人的到来提供所需的工程设计。
其中一些未来的行走机器人可能不会部署在这个世界上。在加州理工学院，艾姆斯博士认为，有腿的机器人在行星探索中会有优势--例如，穿越困难的地形和进入洞穴。与此同时，回到地球，他和其他机构的一些同事正在利用机器人运动的新知识，为无法轻松行走的人开发轻型假肢设备，并为根本不能行走的人提供外骨骼动力。在一个不是为轮子而生的世界里，这增加了一个诱人的前景，即行走的机器人有朝一日将帮助世界摆脱轮椅。
