2018年啦，机械君祝大家在新的一年
一步一个脚印，扎实稳健又快速啦巴扎嘿
自从人类开启灵智
就有挑战造物主的梦想
希望有朝一日能高度模拟大自然原生物种的各种形态
创造出媲美现实的人造生物
最终愿景则是造出智力和体力都超越人类的
超级人工智能
从而解放自我，不用再工作（星星眼）
毕竟，懒才是文明发展的源动力
▼
从类人猿到人的第一步是直立行走
机器人最重要的第一步也是
会走路，走好路
例如，让步行机器人像这些人类的孩子一样
在波浪起伏的场地上自由奔跑
上面这片特别设计的绿地
是美籍华裔建筑师林璎的作品Wave Field（浪涌）
想想似乎挺简单，其实却很不容易
哎我说，活人上去跑快了都能把腿给别折了
更别说机器人了好么科科~
但，这确实是一个动态机器人实验室的目标
他们管这叫做3D行走
意思是能够以任意角度进行行走
✈ 目录
① 八十年脑血栓未愈症候群
② 只有下半身的机器人1.0：Marlo
③ 跖行 or 趾行? 这是个问题
④ 只有下半身的机器人2.0：Cassie
★ 本文约5.4千字，内有图片91张（动图28张），视频2条共10分22秒
▼
机械美学422期：Cassie双足步行机器人，从管好下半身开始
① 八十年脑血栓未愈症候群
自从1939年美国纽约世博会
西屋电气展出了Elektro家用机器人
近80年来，人类一直在试图创造出
能在各种环境中自主走动的双足机器人
结果却成就了八十年脑血栓未愈症候群
严肃地说，这些一言不合就扑街的
都是人类迄今为止最先进的机器人
别说3D行走了，2D都尴尬有木有
不试不知道，大自然造物如此精密复杂
笨拙的人类还未能模仿其之万一
看着这些被全球数亿观众嘲笑过的苦逼货们
机械君想起一部科幻小说《异常生物见闻录》里
一台具有自我意识，操一口京片子的神级PDA
穿越到一个虚拟现实世界
被系统分配进入一具尸体
不得不努力练习
最终成为脑血栓未愈型尸姬终端的励志经历
截一段它对人类身体的吐槽
终端哦了一声，开始努力折腾它那堆跟当前身体不兼容的驱动程序，一边折腾一边抱怨：“话説这种身体真是难控制啊……人形躯体上面乱七八糟的零件太多了，简直不敢想你们脑子里平常得准备多少驱动程序才能保证直立行走……
数据终端抬起手好奇地研究起自己的肢体来……
这具身体的一切都让“她”感觉十分新奇：“手指……关节……肌肉……很多冗余的结构，你知道这个控制起来多难么？尤其是在本机的思考程序和这具身体不兼容的时候，每一个动作都要专门设置命令去控制一条肌肉才行，这过程简直是在用鼠标控制一艘战舰，而且那鼠标还只有一个键管用。”
——《异常生物见闻录》 by 远瞳
♪有声书片段(3分09秒，播讲by贰飛)♪
唉~~这话说的真是好有道理让人无言以对
不过咱造机器人可不用跟复杂的生物体一样
也不用考虑对未来型号的兼容问题
取消掉所有冗余结构
只保留最简洁有效的部分，总不会那么麻烦了吧
▼
机械美学422期：Cassie双足步行机器人，从管好下半身开始
②只有下半身的机器人1.0：Marlo
面对步行机器人的开发窘境
终于有人另辟蹊径
美国俄勒冈州立大学的动态机器人实验室（DRL）
有一群恋腿癖自动控制学家合计
不如。。。先把机器人简化简化
只留下行走必须的部分？
既然人的行走动作都是下半身完成的
咱只做下半身不就行了？
等咱把腿玩够了专注把走路这个问题解决掉
再加那些上半身的零件好了啦
俗话说得好，成大事者必先管好下半身嘛
说到只要下半身
大家一定看过不少类似的半截人图片
↓↓美丽的半截人↓↓
用静态图片PS半截人，咱也都会
难得的是有MV也用了这个点子
↓↓MV: Bike Engine截图↓↓
▼MV: Bike Engine by Stylo G x Jacob Plant(2分55秒)▼
前半段虽诡异但看着还蛮享受
后半段的脑洞就大出太阳系了
机械君好几年前看过这MV，记忆比较模糊
前几天特意找了很久才找到
然后就发现打开了新世界的大门
原来如今的影视行业
抠像技术居然发展得如此精湛和普遍了啊！
原本还有一条集合十多部MV和视频的
近5分钟的性感美腿半截人合集
敏感的腾讯审核不给过，只好发几个动图啦
有兴趣请移步隔壁油库 http://t.cn/RHQqETv
↓↓MV： Así Me Gusta by Los Rakas↓↓
↓↓MV： Moving On Stereo by Pakito↓↓
↓↓短片：OTHERHALF↓↓
最后还有一部2011年的有趣短片
《退货一半的邮购新娘：50% Off Mail Order Bride》
讲的是一个宅男跟邮购了一个机器人媳妇
却因为她太完美觉得无趣，又爱上女同事
于是和机器人离婚
由于离婚可以保留一半财产
他选择留下了机器人的下半身。。。
如果这是真的，估计很多人都愿意这么选吧
↓↓短片：50% Off Mail Order Bride↓↓
哎呀哎呀，假如能造出这样的性感美腿机器人
那。。。嘿~嘿~嘿~
想想还真是有点小激动呢
有了清晰的开发思路
2016年，DHL实验室推出了第一代只有下半身的
模仿人类步态的试验机器人：Marlo
Marlo的腿由4连杆弹簧结构组成
这种结构可以减少来自地面的反作用力
并维持人类步态
原理有点类似于第389期介绍过的放大尺
非履带或轮滑式的机器人
在行路上保持平衡已经是项艰巨的工程了
著名的波士顿动力公司（第44期）的Atlas机器人
使用电力关节以及电池携带的传感器
来保持双足行路的平衡
而Marlo的行进设计原理与前者相比更为简单
工程师们甚至并没考虑安装电力关节
（其实是因为大学比较穷啦）
↓↓Marlo：虽然我瞎，但不妨碍我有智慧的大脑袋嘿↓↓
研发团队在导航算法中结合了2D算法
使得Marlo行进时不仅能保持前后平衡
还能自主调整步伐保障左右平衡
让它不容易在坑洼不平绊倒或摔跤
但急转弯与侧行时仍是它的短板
↓↓乱七八糟的内部线路和运动结构↓↓
不知大家刚才注意到没
不知道是要满足实验室哪位兄弟的特殊爱好
这货居然有两只无比人性化的光滑小脚
所以，长得这么烂七八糟的一个机器人
出个门走个路居然还得穿鞋？
还特么是双运动鞋？？
↓↓这混搭的画风。。。真够酸爽↓↓
受到闭合的连杆限制
Marlo腿部的电机之间会互相阻碍
为此不得不设置程序反复开关电机
损耗掉了很多能量
而且头重脚轻的笨重结构还是很容易失去平衡
为了减轻Marlo的体重
它的电池是外设的
所以它跑动时，边上的工作人员
必须精神高度集中，紧张地推动着龙门架
让电力供应随时紧跟Marlo迷醉的脚步
至于实验室的梦想之地Wave Field
想在那搓板一样坑洼的地形上行走
就只能采用人形移动电池包了
于是，就成了下面这样
↓↓2016年9月Marlo在Wave Field行走测试↓↓
除了用传统Xbox控制手柄遥控Marlo的工程师外
还需要俩大汉扛着一根黑杠子
似乎是在抬着Marlo走一样
其实只是杠子中间有根短线挂着它而已
机械君估摸着大概是怕机器人被摔得太狠吧
毕竟Marlo下盘不稳
还曾经因为腿折断而摔倒过
↓↓Marlo：话说，我下盘在哪儿？↓↓
↓↓Marlo：哎呦~今儿这双鞋没穿对，有点脚软↓↓
唉。。。介货不行啊
比前面那些脑血栓未愈型还不如嘛
还再换个思路
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机械美学422期：Cassie步行机器人，从管好下半身开始
③ 跖行 or 趾行？这是个问题
我们先把视角转回自然界
看看各种动物的走路方式
很早以前，人们觉得人的腿部结构
和大部分动物不一样
无论是走兽、鸟类还是爬行类
它们的膝盖都是朝后弯的
于是，史上最资深的老司机牧神潘和撒旦的艺术形象
都长着一对羊蹄子以表示非我族类
↓↓希腊神话中的牧神潘↓↓
↓↓地狱恶魔↓↓
实际上，大家本质上都是一样滴
那些所谓“膝盖朝后弯”的动物
只是大腿比较短，小腿和脚丫差不多长而已
它们真正的膝盖位置很靠近身体
朝后的那个大关节其实是脚后跟
最下面一截全是大脚巴丫子
用来走路的部分是脚趾（蹄子也是脚趾变的）
↓↓不同物种的腿部结构↓↓
这种生理结构的优点是
瞬间启动速度较小，行走步幅较大
这些天生就会跳芭蕾，踮着脚尖行走的动物
被称作趾行动物或蹄行动物
↓↓陆地上跑得最快的猎豹就是趾行动物↓↓
↓↓腿部结构对比：人vs.马↓↓
如果把鸟类的骨骼（左）按人类（右）的姿态摆放
祂的名字如果不是拉，八成就是荷鲁斯
↓↓骨骼对比：鸟类vs.鸟人vs.人类↓↓
可把人类骨骼硬凹出鸟类的造型
咋怎么看怎么猥琐呢？
↓↓鸟类骨骼↓↓
↓↓踮脚走的正常鸟 vs.学人类全脚掌落地的逗比鸟↓↓
在动画片里
这个差异会被雌鸟身上的高跟鞋完美解决
（为没有高跟鞋只能被残疾的雄鸟掬一把泪）
↓↓鸭子vs.母唐老鸭↓↓
↓↓如果人腿的骨骼长成鸟样。。。呃↓↓
↓↓如果鸟腿长成人样。。。咳咳↓↓
哎呦我去！这简直太特么辣眼睛
辣得人精神抖擞浑身激灵啊这
▼
话说踮着脚尖走路的物种在地球上占了很大比例
就连陆地上最大型的哺乳动物，大象
也是20指禅的门徒（心疼大象脚趾20秒）
↓↓人和大象的腿部结构对比↓↓
成年亚洲象体重有3~5吨
非洲象更重，成年后能达到5.5~8吨
为了减轻脚趾部分的压力
这些长鼻子族采用了另类的走路方式：顺拐
也就是同手同脚
并且每次迈步时保证有三只脚接触地面
↓↓走路顺拐的大象↓↓
不光是大象
骆驼和长颈鹿这类大块头
走起路来也是同手同脚的
↓↓走路顺拐的长颈鹿↓↓
↓↓走路顺拐的骆驼↓↓
人类、大部分灵长类和熊类都属于跖行动物
日常行走或负重时用脚掌接触地面
例如英国肯特郡林姆尼港野生动物园的网红
金刚猩猩阿巴姆（身高1米8，体重215公斤）
日本北海道钏路市动物园的网红母北极熊牛奶
它们并不是比大象聪明多少
遗传基因决定了它们有人立的可能
↓↓金刚猩猩阿巴姆和北极熊牛奶，这俩真不是人扮的↓↓
跖行动物只有在需要爆发力的高速奔跑时
才切换到趾行模式
例如，人跑步时脚跟不需要接触地面
只有前脚掌蹬地，就是趾行模式
↓↓运动员起跑的瞬间↓↓
机械美学422期：Cassie步行机器人，从管好下半身开始
④只有下半身的机器人2.0：Cassie
Marlo的前车之鉴说明
跖行模式对于机器人来说是不经济的
至少天天给机器人脱鞋穿鞋神马的也忒特么蛋疼了
于是研究人员决定借鉴鸟类的腿部结构
设计构建一台趾行模式的第二代产品
于是，就有了Cassie
Cassie摈弃了Marlo的大脑袋
它有更强力、体积却更迷你的电池组
充一次电能走5个小时
不再需要再像Marlo那样拖着电线挂在杠子上
它的外形明显经过工业设计
小巧简洁了很多，具有现代感
结合配色，有点像两个倒置的小KUKA
↓↓誓要征服全地形的Cassie机器人↓↓
↓↓Cassie的设计图↓↓
↓↓Cassie的腿部零件↓↓
↓↓比Marlo小巧精致多了的主板↓↓
Cassie步行机器人体重66斤
有类似鸟类的骨盆，髋部、膝盖和金属足
两条腿各有5个电机
Cassie的髋关节有3个自由度
可以前后左右摆动及自转
虽然没脖子
每天早上跟着爷爷扭扭屁股还是不成问题的
Cassie有双有力的脚踝
不但使行走更加灵活流畅
还能够独自静静站立
而不需要像它那长得乱七八糟的前辈那样
要知道，苦逼的Marlo必须每秒钟原地踏步2到3次
否则就会摔倒
有人吐槽这货是
脖子以下全是腿的无头鸵鸟
↓↓Cassie：我们就是路过一下，不说话↓↓
↓↓鸵鸟：我也路过不说话↓↓
Cassie折叠起来体积很小
确实神似卧着的鸟腿
↓↓奔跑吧无头鸡↓↓
Cassie跟它哥Marlo一样也是瞎的
走哪个方向还是需要遥控器来指挥
但脚下怎么捣鼓全靠自身感知和算法
依据人类欺负机器人的惯例
在Cassie的铁屁股上狠踹上一脚
它也能迅速恢复平衡
↓↓Cassie：你丫人类学走路时咋不来这么一下↓↓
我们的行走单元由骨盆，髋部、膝盖和足部组成
要想站稳和行走
需要无数肌肉和肌腱精密配合
上方的身体和手臂有时候也会轻微调整位置
帮助保持平衡
对于没有上半身的Cassie来说
保持平衡的手段很单一
例如站立时，当机身倾斜到一定程度
它会抬起一只脚来平衡自己
↓↓特别的平衡方式↓↓
上面的动图是某次现场展示的视频截图
看着Cassie突兀的举动
有位观众大叔发出杠铃一般的笑声
Cassie的广告语是
go where humans go
不光是因为走遍世间不平路的愿景
也因为它的身高和人类下肢相当
走在人群中毫无违和感
▼Cassie：行走的美腿（7分27秒）▼
这双腿被玩了一年后
实验室创建的小型创业公司Agility Robotics
今年又推出了迭代产品 —— Cassie Blue
↓↓Marlo: 前面内个蓝洼洼的小妞，快看我鞋漂亮不？↓↓
↓↓Marlo: 鞋是啥，姐才不稀罕↓↓
Cassie：都说姐瞎，姐也顶个头试试
这才是真的脖子以下全是腿
↓↓Cassie目前没有视觉单元，走路也全靠感觉↓↓
Cassie被认为是全球有腿机器人技术的顶尖创新
获得了美国国防部高级研究计划局(DARPA) 的资助
Cassie的制造者表示
接下来会测试安装机械手臂和各类传感器
让Cassie跌倒后能够自己爬起来
有朝一日，Cassie会成为一个易用可靠的平台
帮助更多机器人代替消防队员进入焚烧的建筑物
或者在灾难的瓦砾中大步冲刺
进入我们这些脆弱的肉人无法抵达的地方
减少人员伤亡
也可以成为外骨骼和动力假肢的开发基础
↓↓在落叶中徜徉↓↓
↓↓在丛林里探险↓↓
↓↓打着伞带着一干小弟在雨地漫步↓↓
隆冬时节，北半球都在下大雪
2周前Cassie Blue也学着在雪地上撒野
↓↓2017年圣诞节前夕Cassie Blue第一次踏上雪地↓↓
那么，摈弃了一切复杂设施
脖子以下全是腿的Cassie摔不摔跤呢？
呃。。。还是会走着走着pia叽就摔倒了呀
还是先玩转2D地形吧
想要应付3D的复杂地形，Cassie估计还得很久
。。。
话说，这摔跤前的迷之走位有点眼熟啊
↓↓海娃他娘↓↓
据说接下来几天全国气温会有断层式骤降
大家走路可一定要管好下半身
别跟这些脑血栓未愈型机器人学哈
↓↓Cassie Blue在雪地上的第一摔↓↓
人工智能技术目前普遍都还在婴儿期
但是机器人们一直很努力
它们可以不知疲倦的把一个盒子搬上几个小时
然后和所有的伙伴分享个体的学习成果
以便整个族群都不再在未来犯同样的错误
要不是受到愚蠢的人类的智力和制造业限制
它们会进化得无比神速
慢慢来吧，也许在不远的将来
就会有各种颜色的大金属鸵鸟来按响你家门铃
收收快递，送送外卖啥的喽
毕竟直接顶个箱子是最简单的衍生应用了
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