西風(fēng) 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號(hào) QbitAI
一批人形機(jī)器人在美國(guó)舊金山街頭出沒，引得過往行人駐足觀望：
可能還去上了個(gè)課，從加州大學(xué)伯克利分校校門大搖大擺走出：
路線不對(duì)，踩著小碎步，穩(wěn)健調(diào)頭：
或者不裝了，調(diào)什么頭，直接倒著走：
在各種場(chǎng)景下都可以看到它們的身影：
于是乎，“機(jī)器人正在接管舊金山”的消息已經(jīng)傳開了：
要不是視頻中還有人類出鏡，網(wǎng)友都要懷疑這是不是真的在舊金山：
這就是來自加州大學(xué)伯克利分校的人形機(jī)器人成果。研究人員提出了使用序列建模和動(dòng)作預(yù)測(cè)的Causal Transformer模型。
使得人形機(jī)器人可以在室內(nèi)外各種環(huán)境中穩(wěn)健行走，應(yīng)對(duì)不同地形，甚至還能背個(gè)書包，提袋垃圾：
怎么做到的？
此前，盡管一些人形機(jī)器人在特定環(huán)境下表現(xiàn)良好，但廣泛存在泛化和適應(yīng)新環(huán)境方面的問題。
來自加州大學(xué)伯克利分校的研究人員提出了運(yùn)用Causal Transformer的方法。
這是一種特殊的Transformer模型，通過自回歸從觀察-動(dòng)作歷史信息中預(yù)測(cè)下一個(gè)動(dòng)作，也就是模型的輸出（預(yù)測(cè)的動(dòng)作）只依賴于其輸入（觀察-動(dòng)作歷史信息）中的先前信息。
具體來說，在處理“觀察-動(dòng)作對(duì)”時(shí)，模型會(huì)將每個(gè)“觀察-動(dòng)作對(duì)”作為一個(gè)token，并通過自注意力機(jī)制來學(xué)習(xí)這些token之間的關(guān)系。在自注意力計(jì)算中，模型會(huì)為每個(gè)token分配權(quán)重，這些權(quán)重反映了在預(yù)測(cè)當(dāng)前動(dòng)作時(shí)，序列中其他token的重要性。
由于Causal Transformer限制了自注意力只能考慮前面的token，它能夠捕捉到序列中的因果依賴，即當(dāng)前動(dòng)作的決策是基于之前觀察-動(dòng)作的歷史信息。
通過這種方式，Causal Transformer能夠使機(jī)器人在復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的環(huán)境中，在沒有未來信息的情況下做出適應(yīng)性更強(qiáng)的決策。
訓(xùn)練階段，研究人員使用Isaac Gym模擬器進(jìn)行大規(guī)模并行訓(xùn)練，模擬了機(jī)器人的剛體和接觸動(dòng)力學(xué)。
為了模擬機(jī)器人的閉鏈動(dòng)力學(xué)，引入了“虛擬彈簧”模型。在模擬中隨機(jī)化機(jī)器人的動(dòng)態(tài)屬性、控制參數(shù)和環(huán)境物理屬性，以及添加噪聲和延遲到觀察中。
從模擬到現(xiàn)實(shí)的轉(zhuǎn)移方面，研究人員在機(jī)器人初創(chuàng)公司Agility Robotics提供的高保真度模擬器中驗(yàn)證策略，該模擬器準(zhǔn)確模擬了Digit機(jī)器人的動(dòng)態(tài)和物理屬性。
經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，Digit機(jī)器人能夠在多種環(huán)境中可靠行走，展現(xiàn)出對(duì)外部干擾的魯棒性：
以及在不同地形和載荷條件下的適應(yīng)性：
△左，腳被絆��；右，下坡
順帶保持手臂擺動(dòng)協(xié)調(diào)有力，不順拐：
Digit人形機(jī)器人
再來介紹一下demo中的這款人形機(jī)器人Digit。
背后公司Agility Robotics，前身為俄勒岡州立大學(xué)的Dynamic Robotics Laboratory。2022年，獲亞馬遜投資。
Agility Robotics的主要產(chǎn)品是以鴕鳥等鳥類為發(fā)想的雙足步行機(jī)器人，主要研發(fā)成果包含Cassie、Digit兩個(gè)機(jī)型。
其中Cassie是只有下半身的雙足機(jī)器人：
至于Digit，像是下面這個(gè)，已經(jīng)成為亞馬遜75萬(wàn)機(jī)器人員工中的一員，不過還處于測(cè)試階段，負(fù)責(zé)搬運(yùn)亞馬遜標(biāo)志性的黃箱子：
Agility Robotics表示，將在今年向合作伙伴交付第一批Digit，Digit的初步應(yīng)用包括倉(cāng)庫(kù)和配送中心內(nèi)的散裝材料處理，預(yù)計(jì)2025年全面上市。
他們最近還宣布開設(shè)了一家新機(jī)器人制造工廠RoboFab，聲稱第一年預(yù)計(jì)生產(chǎn)數(shù)百臺(tái)機(jī)器人，之后每年產(chǎn)能最多可達(dá)10000臺(tái)。Digit也將在新工廠中上崗，進(jìn)行搬運(yùn)、裝載等工作。
