过去一年，人形机器人成为聚光灯下的关注焦点，众多企业排队发行自己的人形产品。它们大多都拥有典型的人形外表，使用手臂和夹爪处理物体，坚硬的腿部是它们的行走方式。但近日，日本丰田研究所(TRI)推出了一种全新的机器人Punyo，并表示希望通过Punyo将人形机器人向前推进一步。Punyo在机器人的设计理念和操作方式上都有创新。它没有腿，并且截至目前为止，TRI团队制研究机器人的躯干，并开发操纵技能。设计理念：服务人类日常生活传统的工业机器人多应用于车间作业、组装等任务，目的是提高生产效率、减轻劳动强度。而在未来，服务型机器人或许会进入更多家庭，直接面向和服务于普通人的日常需求。TRI研究人员表示，Punyo的目标就是成为一个“帮助人们在家中和其他地方完成日常任务”的机器人。这一设计理念决定了Punyo需要具备灵活、柔软、安全的特征。因为要进入复杂多变的家庭环境，就不能出现传统工业机器人那样坚硬、僵硬的机械手臂，否则会给人带来危险感，也无法完成各种日常物品操作任务。这与SoftBank机器人Pepper的设计思路有些类似，都着眼于如何让机器人更融入人类生活。面向服务应用也要求Punyo能够学习各种日常技能，而不仅是进行工厂流水线上的单一操作。这需要赋予机器人强大的学习能力，通过观察、模仿人类示范来掌握各种日常任务的操作方法。对于人形机器人来说，使用整个身体的操作是棘手的，因为平衡是一个难题。然而，TRI的研究人员设计了它的机器人来做到这一点。“Punyo 做事的方式不同。利用它的整个身体，它可以承载比简单地用伸出的手按压更多的东西，“TRI全身操纵技术负责人之一Andrew Beaulieu补充道。“柔软度、触觉感应以及进行大量接触的能力有利于更好地操纵物体。”软硬结合机体要实现灵活柔软的机器人设计，TRI采用了硬软结合的机械手臂设计。Punyo 的手、手臂和覆盖着顺从的材料和触觉传感器，这样既可以感受外界接触，柔软的材料也能使机器人的身体能够与它所操纵的物体保持一致。这是目前许多软体机器人的典型设计思路。与此同时，在柔软外壳下面，Punyo内部还保留了两个“硬”的机械手臂作为骨骼支撑，以及一个躯干框架和腰部执行器，来提供力学支持和精确控制。这种硬软结合设计集传统机器人的力学优势与软体机器人的柔软特性于一身。具体来看，Punyo手臂上的气囊可根据需要调节内部压力变硬变软，在保证一定力学刚性的同时，也提供了约5厘米的顺应性。“爪”也采用高摩擦的乳胶气囊设计，手掌心的摄像头可以通过观察气囊表面变形来感知外力大小。整个手臂都可弯曲转动，而且气囊互相连接，这使得力量可以顺畅传导，避免机器人“断臂”。强大的学习能力要适应家庭环境中的多变任务，Punyo必须具有强大的学习能力。根据TRI团队介绍，Punyo 使用两种方法学习了接触丰富的策略：扩散策略和示例引导的强化学习。TRI去年宣布了其扩散政策方法。通过这种方法，机器人使用人类演示来学习难以建模的任务的稳健感觉运动策略。示例引导的强化学习是一种需要在模拟中对任务进行建模的方法，并通过一小组演示来指导机器人的探索。TRI表示，它使用这种学习来实现可以在模拟中建模的任务的鲁棒操作策略。当机器人可以看到这些任务的演示时，它可以更有效地学习它们。它还为 TRI 团队提供了更多空间来影响机器人用于完成任务的运动风格。该团队使用对抗性运动先验(AMP)，传统上用于将计算机动画角色风格化，将人类运动模仿纳入其强化管道。强化学习确实需要团队在模拟中对任务进行建模以进行训练。为此，TRI使用基于模型的规划器进行演示，而不是远程操作。它称这个过程为“计划指导的强化学习”。TRI声称，使用计划器可以使难以远程操作的长距离任务成为可能。该团队还可以自动生成任意数量的演示，从而减少其管道对人工输入的依赖，这使 TRI 更接近于 增加 Punyo 可以处理的任务数量。虽然目前Punyo软体服务机器人还处于初级阶段，各方面性能有待提高，但其应用前景广阔，并且Punyo的设计理念和技术路线也为业内提供了新思路。
