深度 | 逐渐走向实用，揭秘世界顶尖人形机器人ASIMO

序言：从《列子·汤问》传说中以假乱真的舞者到现在科幻作品中的各种类人机器人，人类从没停止过对创造类人机器的幻想。而随着机器人学、人工智能和计算科学等科学技术的发展，人类长久以来的梦想正在逐渐成为现实，我们的生活中也渐渐开始有了它们的身影。

前段时间波士顿动力公布的最新升级版的Atlas人形机器人，稳定性能非常令人惊艳。而除此之外，我们已经有了许多人形机器人，其中包括可爱的Pepper和 Nao、约好今年大战一场的日美巨型机器人Megabots Mark 2和KURATAS，还有许多栩栩如生的美女机器人等等；当然，也少不了这篇文章的主角——本田公司已经开发了30年的ASIMO。

ASIMO意为Advanced Step Innovative Mobility（先进步行创新移动机器人），是日本本田公司开发的一款人形机器人，现已经过了多代进化；外表看起来非常像是一个「穿着太空服的小孩」。事实上有报道称，因为其表现太过近似于人类了，开发 ASIMO 的工程师曾向梵蒂冈询问是否可以开发这样的类人机器（梵蒂冈说可以）。



ASIMO进化史

目前，该机器人已在教育、接待、娱乐等方面得到了应用。而本田表示ASIMO机器人永远不会被应用于军事用途。

在二月初于印度新德里举办的汽车博览会Auto Expo 2016上，最新一代ASIMO与印度一位患有早衰症的15岁少年Nihal Bitla会面，帮助实现了他三个梦想中的一个：亲眼见到ASIMO机器人。他们的故事温暖了这个世界。Nihal Bitla与ASIMO一起自拍

ASIMO的成长

1986年，本田的工程师开始着手打造行走机器人。早期型号E1、E2、E3的开发重点是用于行走的机器人腿，后续的E4、E5、E6则更关注行走的稳定性和爬楼梯的功能。接着，工程师在已有成果的基础上逐渐增加了头、身体和手臂，并继续提高平衡能力、增加新功能。1993年，本田造出了自己的第一款人形机器人原型机P1（高1.91m，重175kg），并在之后不断优化，有了P2（高1.82m，重210kg）和第一个完全独立的双足行走机器人P3（高1.6m，重130kg）。到2000年10月21日，本田以「多功能移动助手」的名义推出了第一代ASIMO机器人。它身高1.2米，体重52kg，比原型机前辈们更小巧紧凑，是当时世界上最先进的人形机器人。和前几代原型机相比，ASIMO拥有更为接近人类外形的造型，白色塑料外壳加上头盔式的脑袋和后背上的电池包让它看起来就像是一个笨手笨脚的小个子人类宇航员。

ASIMO一诞生就成了舞台的宠儿，开始在世界各地进行表演，甚至在2002年（同年本田开始将智能技术整合到其中）还成为了纽约证交所的第一位非人类敲钟者。2004年，已然成为世界名人的ASIMO入选卡耐基梅隆大学机器人名人堂。ASIMO纽约证交所敲钟

2005年，本田推出新一代ASIMO，身高比前一代高了十厘米，且运动能力也获得了极大的提升，甚至能以6km/h的速度奔跑了（要知道到现在很多人形机器人连慢速行走都还不稳）。

此外，ASIMO与人类交互的能力也获得了极大提升：能跟随人类的动作握手或与人类手牵手一起走。此外，新一代ASIMO还配置了IC通信卡，可以三百六十度识别佩戴或安装有特定IC卡的人或物体。只要在IC卡中存入一定的识别信息，ASIMO在进入通信范围后就可以向人主动问好或按照设定执行任务。2007年，ASIMO具备了协作能力和更强的交互能力。智能技术的提升让两个甚至更多ASIMO可以在协作网络中提供服务。同时，它还能根据来人的动作和周围坏境判断是否应该让路还是继续向前和来人擦身而过。另外，这时候的ASIMO已经懂得在电量低时回到充电口给自己充电了！2010年10月21日，ASIMO十岁生日。本田的生日礼物是一款能让用户与虚拟ASIMO进行交互的智能手机应用Run with ASIMO。

2011年，ASIMO再次迎来全新更新，智能水平迎来质的提升，实现了从「自动机器（automatic machine）」到「自主机器（autonomous machine）」进化。根据本田的定义，「自主机器」应该具备以下三项能力：

• 高层次的姿态平衡能力：机器人能通过瞬间移动自己的脚以维持姿态（掌握了在崎岖路面上行走和单脚跳的技能，奔跑速度提高到9km/h）。
• 外部识别能力：机器人能通过多种传感器整合周围坏境和人的运动等信息，并对可能发生的改变做出估计。
• 产生自动行为的能力：机器人能通过收集到信息做出预测，并能在没有操作者的控制时自动做出行为决定。

而新一代的ASIMO已经具备以上三项能力，离与人类共存的实际应用又更近了一步。ASIMO以9km/h的速度奔跑

ASIMO爬楼梯时不需要暂停了；其单只手的自由度也提升到了13，整体自由度高达57（根据机器人所具有的关节数量，可以确定机器人的自由度。最新版的ASIMO拥有57个自由度，其中头部3个，两只手臂各7个，两只手各13个，躯干2个，两条腿各6个）；可以完成更多复杂和精细的任务。正是在这一次改进中，ASIMO学会了使用自己灵活的手指通过美国手语或日本手语进行交流。



同时，其手上新增的压力传感器为ASIMO提供了任务进行时的实时反馈，让ASIMO可以在合适的力度上完成任务，比如在不捏碎被子的情况下拿起杯子。



ASIMO轻松的往纸杯里倒水

本田研发有限公司资深总工程师兼本田人形机器人项目负责人Satoshi Shigemi说：「很明显，整体的灵活度是必需的，并因为手部运行能力的提升，它能够完成更复杂得多的任务。但也许更重要的是，这些创新提升了ASIMO的沟通技巧，这是与人类互动所不可或缺的。」同时，这些改进也促进了本田核心的汽车业务的发展，比如本田思域中的VSA系统和夺得Moto GP大赛冠军的Honda摩托车都使用了机器人项目所得到的新技术。

另外，除了原来的灰色配色，ASIMO还新增了三种配色：蓝色、绿色和黄色。



2012年，ASIMO成为了电影《机器人与弗兰克》中机器人角色的灵感来源，也因此成为了第一个有衍生机器人电影角色的真正机器人。

自那以后，本田仍在继续提高ASIMO的运动能力和智能水平。

ASIMO的工作

本田研制ASIMO的目标并不是为人类增加一种新玩具，而是要为人类提供机器人助手或管家——可以帮助料理家务、照顾老人、端茶送水等，此外，还可以让它完成一些对人类来说过于危险的工作，比如抢险救灾、危险施工甚至拆除炸弹。

ASIMO的设计思路是尽可能地模拟人类。而为了让机器人能合适地运动，研究人员研究了昆虫、哺乳动物和登山者行走时的运动姿态，尤其是关节的工作方式。比如说，为了保持平衡，人类在行走时双手会前后摇摆运动；另外，人类的脚趾在维持行走时的平衡中也发挥着重要作用。而ASIMO也在这些方面借鉴了人类，比如它的脚上有相对较软的突出部分用以充当脚趾的角色。此外，这种软性材料在机器人的许多关节上也有应用，就像人类的关节软组织一样。



ASIMO罚点球的姿势与人类非常相似


要控制ASIMO的行走姿态，工程师需要实现以下三个方面的控制：

• 水平反应控制（Floor reaction control）：在不平整的地面上运动时可以保持平衡。
• 目标ZMP控制（Target ZMP control）：当机器人不能站稳开始跌倒时，它可以向相反的方向调整自己的上半身位置以避免倒下。于此同时，它也会向前加快速度以快速平衡下降趋势。
• 步长位置控制（Foot-planting location control）：当目标ZMP控制激活时，它调整机器人的步长让身体的姿态和运动速度和步长保持在正确的相对水平上。

另外，通过本田研发的I-Walk技术（Intelligent Real-Time Flexible Walking Technology：智能实时灵活行走技术），ASIMO还实现了「预测运动控制（predictive movement control）」，让ASIMO可以根据当前速度在转弯前计算转弯的向心力，并得出最佳的转弯角度，避免机器人跌倒，因为这个过程是实时的，所以ASIMO可以不用停顿就完成转弯过程，这一点目前绝大多数人类机器人都还无法办到。



除了运动能力，本田也在不断加强ASIMO对坏境的感知能力。最新一代ASIMO配置有两个摄像头眼睛（视觉传感器Visual Sensor）、由激光传感器和红外传感器结合而成的接地传感器（Ground Sensor，用于探测地面的地面上的障碍物）、可以测出周围三米范围内物体的超声波传感器和用于控制力度的压力传感器等。这些部件加上强大的算法，可以识别移动物体和障碍物、手势和身体姿态、坏境、不同的声音来源和人脸，并能根据所得到的信息绘制环境地图并确定行动路径和下一步动作。



2002 年，本田开始将智能技术整合到ASIMO机器人中，使其可以对周围坏境和人类的动作做出反应甚至预测。得益于近些年来人工智能技术的飞速发展，ASIMO的智能水平也在逐渐提高。ASIMO可以向周围的人互相问好、跟随目标行走、确定前往目标的路径、识别人脸和语音。而通过与互联网的整合，ASIMO还能充当接待员甚至老师，执行订单确定、询问解答和交互式教育等任务。ASIMO是世界上第一款具有如此广的应用范围的人形机器人。

而学习能力的加入让ASIMO可以进一步扩增自己的见识，在更多领域中得到应用。在 2009 年的一段展示视频中，研究人员展示了ASIMO学习事物并进行推理的能力。研究人员首先向ASIMO展示了一张具有靠背的方形木椅，让其学习理解；待ASIMO点头之后，研究人员又向其展示了一个看起来非常不同的带轮子圆形无靠背转椅，ASIMO成功判断出这也是椅子。研究人员解释说，ASIMO在第一次见到椅子时不只记住的椅子的外形结构，还学习了椅子具有一个平面、距地面一定高度等性质。接下来研究人员又搬来一张桌子，ASIMO没有被骗。

随着运动能力和智能水平的提高，ASIMO的用武之地也越来越多。例如ASIMO已成为了本田开发应用于包括机器人在内的多领域的先进智能系统的研究平台，例如位于德国奥芬巴赫的本田研究所（欧洲）与欧洲许多大学和研究中心建立了合作关系，以研究和开发先进的智能系统和认知智能。

2011年东日本大地震之后，本田开始着手依靠积累的机器人技术开发用于核电站和工业场所的人形救灾机器人。2013年，本田派出了一个远程控制机器人对福岛核电站一个核反应堆建筑的一楼进行了调查。该机器人是本田和日本产业技术综合研究所（AIST）联合研发的，但也有很多声音提议本田使用ASIMO参与调查。本田开始将一些为 ASIMO 开发的技术（如 3D 结构探测、多关节实时控制和防止冲撞的控制技术）用于救灾机器人。

ASIMO 也成为了教育小帮手，2009 年，哥伦比亚大学和本田组成的一个联合研究小组让37个4到10岁的孩童参与到了和 ASIMO 交互式学习的过程中，研究发现 ASIMO 能够帮助孩童极大地提高学习效率。在美国、欧洲和日本的一些学校和博物馆，ASIMO 已经担当起了教育伙伴的角色，开拓着人们的想象力和好奇心。

另外，大概是因为太可爱了！ASIMO 也成了本田的公关形象代表。默克尔、奥巴马、查尔斯王子、丹麦女王、土耳其总统等许多国家的政要和名人都曾和 ASIMO 有过「亲密接触」。



奥巴马和ASIMO

现在的 ASIMO 已经在世界各地的博物馆、学校、表演舞台、展览会和酒店等地方找到了表演、接待、教育和形象代言等工作，未来 ASIMO 的工作能力必然还将越来越强，能更好地完成更多类型的工作，比如经过特定训练之后布置在核电站等关键位置为可能发生的事故提供快速应急响应。

参考资料：

http://ASIMO.honda.com/ASIMO-history/

https://en.wikipedia.org/wiki/ASIMO
http://asia.nikkei.com/magazine/20160303-INDIA-S-STARTUPS-THE-GREAT-DISRUPTORS/Life-Arts/Indian-boy-battling-aging-disorder-buddies-up-with-Honda-s-ASIMO
https://en.wikipedia.org/wiki/Honda_P_series
http://ASIMO.honda.com/downloads/pdf/ASIMO-technical-faq.pdf
http://world.honda.com/ASIMO/
http://asimo.honda.com/downloads/pdf/asimo-technical-information.pdf
http://world.honda.com/news/2011/c111108All-new-ASIMO/index.html
http://news.honda.com/newsandviews/article.aspx?id=7720-en
http://science.howstuffworks.com/asimo.htm
http://www.gizmag.com/new-honda-asimo-robot/32977/
https://www.theguardian.com/science/the-lay-scientist/2016/feb/25/how-real-is-that-atlas-robot-boston-dynamics-video
https://www.youtube.com/watch?v=6rqO5eiP7_k
http://www.huffingtonpost.com/2015/03/10/japanese-robot-asimo-welcome-our-robot-overlords_n_6840326.html
http://hondanews.eu/gb/en/cars/media/pressreleases/35517/all-new-asimo

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