【产通社，10月8日讯】在2023年IEEE/RSJ智能机器人和系统国际会议（IROS）上，迪士尼研究团队(Disney Research)展示了一个全新机器人。这个可爱的机器人在儿童大小的身体里包含了大量的表情，具有极具表现力的头部，两根摆动的触角和短粗的小腿。与其他小型两足动物不同，这个机器人的行走方式充满个性，移动时会发出情感，看起来像是活着的人类。

以情感方式移动编程机器人是迪士尼的专长，早在1971年，迪士尼世界就有了电子总统大厅。然而，机器人设计师和机器人动画制作人发现，随着机器人变得更加先进和更加机动，在现实世界的限制下开发既利用机器人硬件又与之兼容的情感行为变得具有挑战性。去年，迪士尼研究中心开发了一个新系统，该系统利用强化学习（reinforcement learning）将动画师的视觉转化为表情动作，这些动作足够强大，几乎可以在任何地方工作，无论是IROS的舞台还是迪士尼主题公园或瑞士的森林。


迪士尼研究


这个特殊的机器人是由苏黎世迪士尼研究所的Moritz Bacher领导的团队通过3D打印来实现的，采用了使用模块化硬件和致动器，能够快速设计和迭代，在不到一年的时间实现了从概念到视频演示。它有一个四自由度的头部（能够向上、向下、周围和倾斜），以及五自由度的腿和髋关节，能够在动态平衡的同时行走。

迪士尼有擅长让角色通过运动来传达所有（甚至更多）情感的动画师，也有擅长构建机械系统的机器人专家。迪士尼研究科学家Morgan Pope帮助在舞台上展示了机器人。他说，“大多数机器人专家都专注于让他们的双足机器人可靠地行走。在迪士尼，这可能还不够——我们的机器人可能需要昂首阔步、腾跃、潜行、小跑或漫步来传达情感。”

“我们试图带给这些类型的机器人的东西，是从我们的角色动画历史中诞生的，”迪士尼大学R&D首席工程师Michael Hopkins解释道。“我们的团队中有一名动画师，我们能够一起利用他们的知识和我们的技术专长来创造最佳的表演。”

创造一个有效的机器人角色需要动画师和机器人专家紧密结合他们的才能，这是一个耗时的过程，需要大量的试错，以确保机器人能够传达动画师的艺术意图而不会摔倒。“一般来说，动画工具没有内置物理学，所以这使得艺术家很难设计出在现实世界中可行的动画。”Bacher解释道。

行走是强化学习系统的输入之一，但另一个重要的输入是它如何行走。为了弥合这一差距，迪士尼研究开发了一种基于强化学习的管道，它依靠模拟来结合和平衡动画师的视觉与强大的机器人运动。对动画师来说，管道本质上负责实现物理世界的约束，让动画师开发高度表达的动作，同时依靠系统来实现这些动作——或者尽可能接近机器人的物理状态。迪士尼的管道可以在一台个人电脑上训练机器人的新行为，在几个小时内完成相当于多年的训练。根据Bacher的说法，这使得迪士尼开发一个新机器人角色的时间从几年减少到了几个月。

在这种情况下，强化学习的一个很大优势是产生的运动可以非常健壮。迪士尼的系统能够一遍又一遍地训练动作，同时对诸如电机性能、质量分布以及机器人与地面之间的摩擦等事情进行轻微的改变。该系统确保无论机器人在现实世界中遇到什么，它不仅知道如何处理自己，还知道如何在保持情绪的同时处理自己，这对于机器人保持其角色至关重要。

“对传统技术来说这是一个挑战，”迪士尼研究所副研究员Ruben Grandia说。“通常，你必须手工编程这个转换点。但是，如果你把所有东西都放在一个模拟中，在它试图移动和激活时干扰它，它可以自己确定那个点，这让我们从机器人身上看到了恢复策略，但我们不知道如何编程。”


迪士尼旅程的下一步


社交机器人已经存在了几十年，即使不是专门为社交而设计的机器人，如果它们可能花时间在人周围，通常也会有一些人机交互功能。但是，对于主要以功能性为设计目的的机器人来说，人机交互有时可能是事后才想到的。通过机器人，迪士尼展示了在不牺牲功能的情况下通过角色进行交流的能力，这可以在机器人领域得到更广泛的应用。

“在人类和机器人相互靠近的情况下，传达情感和意图可能是一个重要的特征，”迪士尼大学高级R&D想象工程师Georg Wiedebach解释道。“所以我认为这在机器人与人一起工作的其他应用中也很有价值。”

研究人员强调，情感机器人之所以可爱，重要的不是机器，而是过程。“我们的想法是，这是一个与硬件无关的平台，”Bcher说。“如果我们想添加更多的腿，或手臂，或制作一个形态完全不同的全新角色，我们可以迅速教会它新的行为。现成的致动器、3D打印组件、我们的适应性强化学习框架……这些都可用在外观和移动方式上，产生很多不同的机器人品种。这个机器人是这一旅程中充满希望的第一步。”

迪士尼旅程的下一步包括使用这项技术开发更多物理机器人角色，并通过更快更动态的运动推动可能的极限。“我们想看看当我们达到这些极限时会发生什么，并了解在这些极限下我们能做什么。”迪士尼研究科学家Espen Knoop说。

至于这个机器人，这个角色还没有正式的名字，迪士尼也不准备评论会在哪里看到它。但是根据外观和声音，我们有一些猜测。这个小机器人只是一个开始——现在它们更容易被创造出来，我们希望看到更多富有表现力的机器人角色。（编译：镨媒体；资料来源：ieee spectrum）