在當(dāng)代，機器人借著科幻小說和影視作品深入人心，人們在小說里或是在銀幕上看到各式各樣或正或邪的機器人。然而與現(xiàn)實形成鮮明對比的是，人們的生活中卻甚少出現(xiàn)真正的機器人的身影。這種現(xiàn)狀可能會在不久就能有所改變，很多機器人學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域的專家認為，機器人進入家庭，與人類交流協(xié)同或?qū)⒉辉龠b遠。清華大學(xué)自動化系的趙明國教授就是他們之中的一員。

帶領(lǐng)清華大學(xué)“火神隊”贏得RoboCup國際冠軍

除了是清華大學(xué)的教授之外，趙明國在圈里面最為人所熟悉的是機器人世界杯RoboCup的冠軍隊成員。說起RoboCup這項機器人領(lǐng)域最為熱門的賽事，要追溯至1997年，當(dāng)時也是因為人機對弈，人工智能與機器人的話題熱度曾一時無兩。當(dāng)年5月，IBM深藍在國際象棋中擊敗人類世界冠軍。隨后的7月，美國宇航局的探路者號成功著陸，第一個自制機器人系統(tǒng)“旅行者”被部署在火星表面。1個月后，第一屆正式的RoboCup在日本舉行，“2050年實現(xiàn)機器人足球隊?wèi)?zhàn)勝人類世界杯冠軍隊”是RoboCup的最終目標(biāo)。

“相對而言，諸如深藍和AlphaGo在國際象棋和圍棋上對人類的挑戰(zhàn)，無論難度如何都是屬于靜態(tài)問題，而要進一步發(fā)展，則需要機器人在更為復(fù)雜的環(huán)境里解決動態(tài)問題”，讓機器人踢足球是RoboCup發(fā)起者參與者包括趙明國自己所認同的，能夠有效推進機器人發(fā)展的一種方式。“要達到最終戰(zhàn)勝人類世界杯冠軍隊的目標(biāo)，機器人需要解決涉及到動態(tài)環(huán)境、對環(huán)境中噪音識別、多機器人交互協(xié)調(diào)等問題”，趙明國教授如是說。

正是被這一目標(biāo)所吸引，趙明國教授發(fā)動清華大學(xué)的同學(xué)組建了一支機器人足球隊，即如今的清華大學(xué)“火神”隊，在他的帶領(lǐng)下，團隊很快在RoboCup上嶄露頭角。

2004年，火神隊帶著實驗室買來的Sony公司Aibo機器狗參加了國內(nèi)首次RoboCup，并一舉拿下了四足組的冠軍。很快，趙明國教授開始帶領(lǐng)火神隊沖向國際，并獲得了相當(dāng)不錯的成績。2006年，他們的四足機器人在RoboCup的12米競速走挑戰(zhàn)賽中得了第一名，成為當(dāng)時跑得最快的機器人。

參加比賽并不僅僅是為了獲得好成績，一方面是通過參加比賽來驗證相關(guān)的研究結(jié)果，另一方面是為了適應(yīng)不斷提高的比賽要求去促進研究的提升，即推動教學(xué)、培養(yǎng)人才和提升研究水平。2008年開始，趙明國教授正式將機器人研究納入清華大學(xué)自動化系的一門課程。

目前，趙明國教授在清華大學(xué)帶領(lǐng)的團隊有十幾人，其中，本科生著重于比賽和應(yīng)用，研究生博士生則著重于技術(shù)研發(fā)。盡管已經(jīng)獲得了諸多成績，但趙教授表示，團隊在綜合能力、視覺、決策等方面還有很大的提升空間。

人形機器人就像“佐羅的馬”是伙伴不是替代品

雖然以四足機器人獲得了成功，但是對于趙明國教授而言，更加吸引他的卻是科研難度更高的雙足人形機器人。

從2006年起，趙明國教授的團隊將比賽的重點由四足機器人轉(zhuǎn)向雙足機器人，一方面源于Aibo機器狗的停產(chǎn)，賽事轉(zhuǎn)用雙足機器人NAO。考慮到成本，團隊選擇了在軟件之外涉足自主硬件開發(fā)；另一方面則是雙足機器人更利于自動化專業(yè)的他們發(fā)揮機電控等技術(shù)上的優(yōu)勢。在大家十分注重人形機器人行走的2008年，團隊根據(jù)“被動行走”方法研究出了一套“虛擬斜坡”的方法，并在內(nèi)部實驗機器人上成功實現(xiàn)了世界上行走最快的雙足機器人。這項技術(shù)也讓火神隊在RoboCup中的實力大幅提升，使得團隊機器人在“行走”方面成為最頂尖的兩支隊伍之一，并在隨后的比賽中一直名列前茅。

之所以從四足機器人轉(zhuǎn)而專注于雙足人形機器人研究，趙明國教授還有著更廣泛的人文層面考慮。在他看來，人形機器人是最為人類接受以及最適應(yīng)人類生活及情感的形態(tài)，而人形機器人是家庭服務(wù)機器人的最終目標(biāo)，這就需要賦予機器人以人的形態(tài)以及人的功能，這是人類與機器人之間最友好的交互方式和使用方式。在技術(shù)層面，他也提到，當(dāng)前人形機器人在原理性上還存在很多未知有待人們不斷地探索和完善，因而這是一個在未來20-30年具備重要價值的研究主題。

“我認為，人形機器人和佐羅的馬有著共同之處，馬既是佐羅的交通工具又是他的伙伴；機器人也并不應(yīng)該是人的工具、替代品，而是一個家庭伙伴，可以與人交流協(xié)作。”

趙明國教授提到，受限于技術(shù)和成本，目前沒有確切的技術(shù)可以保證人形機器人的實用化，仍處于科研探索階段。因此，實驗室致力于開發(fā)像人類運動一樣具有很高的能量效率，走路、步態(tài)更加自然的機器人。開發(fā)能夠在復(fù)雜的環(huán)境行走，同時保證能量效率、對環(huán)境的適應(yīng)性、穩(wěn)定性、命中率都比較高的方法。因此，他認為最早從動力學(xué)出發(fā)的一套方法至今依舊可行，但同時需要很高的控制系統(tǒng)的軟件、硬件和算法。近年來，隨著人工智能提升、深度學(xué)習(xí)方法的出現(xiàn)，為研究提供了新的手段，他預(yù)測近兩年會有新的突破。

技術(shù)漸進積累5年后人形機器人或?qū)⒆哌M家庭

“人形機器人是家庭服務(wù)機器人的最終目標(biāo)”，目前的技術(shù)研發(fā)都在為達成這一目標(biāo)而努力。

在趙明國教授看來，人形機器人要最終實現(xiàn)應(yīng)用，核心是人工智能，但只靠人工智能是不夠的。“對于人形機器人來說，人工智能只是手段之一，是機器人的大腦、神經(jīng)控制系統(tǒng)的核心；而在身體層面，人形機器人需要機械制造、材料、生物、運動控制技術(shù)等技術(shù)作為支撐。”

為了推動技術(shù)研究與生活應(yīng)用的結(jié)合，由趙明國教授領(lǐng)導(dǎo)的清華大學(xué)機器人控制實驗室，正在與百度IDL研究院、Intel研究院等機構(gòu)合作，研究各種機器人保持平衡的技術(shù)，近期，他們還將與國內(nèi)某機器人獨角獸公司進行技術(shù)合作。

趙明國教授認為，機器人的發(fā)展是一個漸變而非突變的過程，從技術(shù)的發(fā)展歷程來看，機器人進入家庭大概需要5年以上的時間。他還提到，人形機器人進入家庭的過程也將是漸進的。目前人形機器人最先突破的領(lǐng)域可能是公共服務(wù)領(lǐng)域，如圖書館、酒店、銀行、超市，然后再到家庭服務(wù)領(lǐng)域，不僅能夠?qū)υ挘€能夠切實實現(xiàn)如倒水、拖地、洗碗等服務(wù)。而進入家庭服務(wù)的人形機器人形態(tài)也是由粗糙到精細的過程，由輪子行走、到輪腿復(fù)合再到雙足行走。在他看來，“雙足或輪腿復(fù)合的機器人在未來5年左右一定會落地”。