丰田研究所（TRI）最新成果——可实现全身操控的软体机器人Punyo

文 | BFT机器人 

人形机器人在近年的科技浪潮中迅速崛起，成为了各界瞩目的焦点，众多企业纷纷推出自家的机器人模型，但仔细观察，不难发现它们中的许多在操作方式上仍显得颇为相似。这些典型的人形机器人，以其机械臂和抓手为主要操作工具，用于处理各类物品，而它们坚固的腿部则主要用于移动。

然而，丰田研究所（TRI）的研究人员却怀揣着更远大的梦想，他们希望通过Punyo机器人，将人形机器人的技术推向全新的高度。Punyo绝非传统意义上的人形机器人，它独具一格，并未配备常规人形机器人具有的腿部装置。

至目前为止，TRI的团队专注于机器人的躯干研究，致力于开发其操纵技能。TRI全身操作技术负责人之一Alex Alspach在一段视频中分享道：“我们的使命是助力人们在家中及其他场所轻松完成日常任务。这些任务中，许多都不仅仅需要我们的手和手指。”他进一步解释说，当人类需要搬运大型物体时，我们并不会仅仅依赖手臂的力量。相反，我们会巧妙地利用身体的其他部分，如将物体靠在胸前以减轻手臂的负担，或是用背部推动门扉，以抵达目的地。

然而，对于人形机器人而言，实现全身协同操作却是一项巨大的挑战，其中平衡问题尤为关键。但TRI的研究人员却迎难而上，他们精心设计了Punyo机器人，使其能够克服这一难题。

另一位TRI全身操纵技术负责人Andrew Beaulieu补充道：“Punyo的操作方式与众不同。它能够利用整个身体，承载比单纯用伸出的手按压更多的物品。其柔软度、触觉感应以及进行大量接触的能力，使其在操纵物体时表现得更为出色。”

TRI表示，“punyo”这个词源于日语，寓意着一个可爱且富有弹性的机器人形象。他们的目标，是打造一个柔软、互动、经济实惠、安全、耐用且能力出众的机器人。Punyo正是他们迈向这一目标的坚实步伐。

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配备内置传感器的柔软肢体机器人

Punyo的设计可谓匠心独运，其手、手臂乃至胸部均被一层顺从的材料和触觉传感器所覆盖，赋予它敏锐的触感，能够精确感知与外界的每一次接触。这种柔软的材料使得机器人的身体可以自如地适应并贴合它所操纵的物体，如丝般顺滑，仿若融为一体。

在Punyo的下方，隐藏着两个硬质的机器人手臂，它们坚固而精准，与躯干框架和腰部执行器共同构成了机器人的骨架。TRI的研究人员表示，他们的目标是将传统机器人的精准度与软机器人系统的顺应性、抗冲击性以及传感简单性完美融合，从而打造出一种既强大又灵活的机器人。

更令人惊叹的是，Punyo的整个手臂都被一层充满空气的气囊或气泡所覆盖。这些气泡宛如一个个微小的生命体，通过精密的管子与压力传感器紧密相连。当外界施加力在气泡的外表面时，传感器便能敏锐地捕捉到这一变化，将其转化为精确的数据。

不仅如此，每个气泡都可以根据需要进行单独加压，从而调整至所需的刚度。这种设计不仅增加了机器人手臂的灵活性，还在其表面增加了约5厘米的顺应性，使其能够更好地适应各种形状和大小的物体。

与传统的抓手相比，Punyo的“爪子”设计更是别出心裁。它由一个高摩擦乳胶气泡组成，内部嵌入了一个摄像头。研究团队巧妙地在气泡内部打印了圆点图案，当爪子与物体接触时，相机便会捕捉这些圆点图案的变形情况，从而精确估计出施加在物体上的力。这一创新设计不仅提升了机器人的操作精度，还为其赋予了更为丰富的感知能力。

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Punyo学会运用全身操控技能

Punyo巧妙地运用了两种策略来掌握接触丰富的操作技巧：扩散策略和示例引导的强化学习。

TRI早在去年就公之于众的扩散策略方法，犹如赋予了机器人一双观察人类演示的慧眼，使其能够从中学习那些难以用传统方式建模的复杂任务的稳健感觉运动策略。

示例引导的强化学习则是一种在模拟环境中对任务进行建模的方法，它借助一小组演示来引导机器人的探索之旅。TRI正是借助这种学习方式，实现了在模拟中能够建模的任务的鲁棒操作策略。

当机器人亲眼目睹这些任务的演示时，它便能更加高效地吸收知识，并将其转化为自身的能力。不仅如此，这种方式还为TRI团队提供了更多的创造空间，使他们可以根据需要调整机器人完成任务的运动风格。

强化学习确实需要团队在模拟中对任务进行精确的建模才能进行训练。为了实现这一目标，TRI采用了一种基于模型的规划器来进行演示，而非传统的远程操作方式。他们将此过程命名为“计划指导的强化学习”，这一创新方法使得那些难以通过远程操作完成的长距离任务变得触手可及。

此外，该团队还成功实现了演示的自动生成功能，这意味着他们可以轻松生成任意数量的演示，从而大大减少了其流程对人工输入的依赖。这一突破性的进展让TRI距离增加Punyo能够处理的任务数量更近了一步，预示着未来机器人技术的无限可能。

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