【產通社，10月8日訊】在2023年IEEE/RSJ智能機器人和系統國際會議（IROS）上，迪士尼研究團隊(Disney Research)展示了一個全新機器人。這個可愛的機器人在兒童大小的身體里包含了大量的表情，具有極具表現力的頭部，兩根擺動的觸角和短粗的小腿。與其他小型兩足動物不同，這個機器人的行走方式充滿個性，移動時會發出情感，看起來像是活著的人類。

以情感方式移動編程機器人是迪士尼的專長，早在1971年，迪士尼世界就有了電子總統大廳。然而，機器人設計師和機器人動畫制作人發現，隨著機器人變得更加先進和更加機動，在現實世界的限制下開發既利用機器人硬件又與之兼容的情感行為變得具有挑戰性。去年，迪士尼研究中心開發了一個新系統，該系統利用強化學習（reinforcement learning）將動畫師的視覺轉化為表情動作，這些動作足夠強大，幾乎可以在任何地方工作，無論是IROS的舞臺還是迪士尼主題公園或瑞士的森林。


迪士尼研究


這個特殊的機器人是由蘇黎世迪士尼研究所的Moritz Bacher領導的團隊通過3D打印來實現的，采用了使用模塊化硬件和致動器，能夠快速設計和迭代，在不到一年的時間實現了從概念到視頻演示。它有一個四自由度的頭部（能夠向上、向下、周圍和傾斜），以及五自由度的腿和髖關節，能夠在動態平衡的同時行走。

迪士尼有擅長讓角色通過運動來傳達所有（甚至更多）情感的動畫師，也有擅長構建機械系統的機器人專家。迪士尼研究科學家Morgan Pope幫助在舞臺上展示了機器人。他說，“大多數機器人專家都專注于讓他們的雙足機器人可靠地行走。在迪士尼，這可能還不夠——我們的機器人可能需要昂首闊步、騰躍、潛行、小跑或漫步來傳達情感。”

“我們試圖帶給這些類型的機器人的東西，是從我們的角色動畫歷史中誕生的，”迪士尼大學R&D首席工程師Michael Hopkins解釋道。“我們的團隊中有一名動畫師，我們能夠一起利用他們的知識和我們的技術專長來創造最佳的表演。”

創造一個有效的機器人角色需要動畫師和機器人專家緊密結合他們的才能，這是一個耗時的過程，需要大量的試錯，以確保機器人能夠傳達動畫師的藝術意圖而不會摔倒。“一般來說，動畫工具沒有內置物理學，所以這使得藝術家很難設計出在現實世界中可行的動畫。”Bacher解釋道。

行走是強化學習系統的輸入之一，但另一個重要的輸入是它如何行走。為了彌合這一差距，迪士尼研究開發了一種基于強化學習的管道，它依靠模擬來結合和平衡動畫師的視覺與強大的機器人運動。對動畫師來說，管道本質上負責實現物理世界的約束，讓動畫師開發高度表達的動作，同時依靠系統來實現這些動作——或者盡可能接近機器人的物理狀態。迪士尼的管道可以在一臺個人電腦上訓練機器人的新行為，在幾個小時內完成相當于多年的訓練。根據Bacher的說法，這使得迪士尼開發一個新機器人角色的時間從幾年減少到了幾個月。

在這種情況下，強化學習的一個很大優勢是產生的運動可以非常健壯。迪士尼的系統能夠一遍又一遍地訓練動作，同時對諸如電機性能、質量分布以及機器人與地面之間的摩擦等事情進行輕微的改變。該系統確保無論機器人在現實世界中遇到什么，它不僅知道如何處理自己，還知道如何在保持情緒的同時處理自己，這對于機器人保持其角色至關重要。

“對傳統技術來說這是一個挑戰，”迪士尼研究所副研究員Ruben Grandia說。“通常，你必須手工編程這個轉換點。但是，如果你把所有東西都放在一個模擬中，在它試圖移動和激活時干擾它，它可以自己確定那個點，這讓我們從機器人身上看到了恢復策略，但我們不知道如何編程。”


迪士尼旅程的下一步


社交機器人已經存在了幾十年，即使不是專門為社交而設計的機器人，如果它們可能花時間在人周圍，通常也會有一些人機交互功能。但是，對于主要以功能性為設計目的的機器人來說，人機交互有時可能是事后才想到的。通過機器人，迪士尼展示了在不犧牲功能的情況下通過角色進行交流的能力，這可以在機器人領域得到更廣泛的應用。

“在人類和機器人相互靠近的情況下，傳達情感和意圖可能是一個重要的特征，”迪士尼大學高級R&D想象工程師Georg Wiedebach解釋道。“所以我認為這在機器人與人一起工作的其他應用中也很有價值。”

研究人員強調，情感機器人之所以可愛，重要的不是機器，而是過程。“我們的想法是，這是一個與硬件無關的平臺，”Bcher說。“如果我們想添加更多的腿，或手臂，或制作一個形態完全不同的全新角色，我們可以迅速教會它新的行為。現成的致動器、3D打印組件、我們的適應性強化學習框架……這些都可用在外觀和移動方式上，產生很多不同的機器人品種。這個機器人是這一旅程中充滿希望的第一步。”

迪士尼旅程的下一步包括使用這項技術開發更多物理機器人角色，并通過更快更動態的運動推動可能的極限。“我們想看看當我們達到這些極限時會發生什么，并了解在這些極限下我們能做什么。”迪士尼研究科學家Espen Knoop說。

至于這個機器人，這個角色還沒有正式的名字，迪士尼也不準備評論會在哪里看到它。但是根據外觀和聲音，我們有一些猜測。這個小機器人只是一個開始——現在它們更容易被創造出來，我們希望看到更多富有表現力的機器人角色。（編譯：鐠媒體；資料來源：ieee spectrum）