科技新聞訊 10月13日消息，對于人類來說，用腿走路幾乎是本能，可以輕松越過障礙、爬斜坡或樓梯。但對機(jī)器人，尤其是像波士頓動力公司的Spot這類四條腿機(jī)器人，學(xué)習(xí)如何正確行走卻非常困難。不過，美國芯片巨頭英偉達(dá)正與瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員聯(lián)手，利用虛擬障礙課程訓(xùn)練名為ANYmals的四足機(jī)器人。
4000多個類似狗狗的機(jī)器人浩浩蕩蕩地向前行進(jìn)的場景，即使是在模擬中也會給人帶來隱約的威脅感覺。但這可能會為機(jī)器學(xué)習(xí)新技巧指明方向。這個虛擬機(jī)器人軍團(tuán)是由瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和英偉達(dá)的研究人員共同開發(fā)的，他們使用漫游的機(jī)器人訓(xùn)練一種算法，然后該算法被用來控制現(xiàn)實(shí)世界中機(jī)器人的腿。
在模擬中，這些ANYmals機(jī)器面臨著重重挑戰(zhàn)，比如虛擬景觀中的斜坡、臺階和陡峭山坡。每次機(jī)器人成功克服挑戰(zhàn)后，它們會“晉級”挑戰(zhàn)更困難的關(guān)口，進(jìn)而推動控制算法變得更加復(fù)雜。在訓(xùn)練期間，機(jī)器人能夠很容易地掌握上下樓梯的技能，但克服更復(fù)雜的障礙物需要更長時間。應(yīng)對斜坡被證明特別困難，盡管有些虛擬機(jī)器人學(xué)會了如何滑下斜坡。
當(dāng)最終的算法被轉(zhuǎn)移到真實(shí)版本的ANYmal上時，它能夠在樓梯和街區(qū)之間導(dǎo)航，但在更高的速度下遇到了問題。ANYmal是四條腿的機(jī)器人，體型與狗狗大小相當(dāng)，頭上有傳感器，還有個可拆卸的機(jī)械臂。研究人員將其歸咎于傳感器感知真實(shí)世界的方式與模擬相比不夠準(zhǔn)確。
類似的訓(xùn)練可以幫助機(jī)器人學(xué)習(xí)各種有用的技能，從分揀包裹、縫紉衣服到收割莊稼等。該項目還反映了模擬和定制計算機(jī)芯片對應(yīng)用人工智能（AI）未來發(fā)展的重要性。
加州大學(xué)伯克利分校教授、CoVariant聯(lián)合創(chuàng)始人皮特阿貝爾(Pieter Abbeel)表示：“從更高的層面上講，快速模擬真的是很棒的事情。”CoVariant是一家利用AI和模擬技術(shù)訓(xùn)練機(jī)器人手臂為物流公司挑選和分揀物品的公司。他說，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和英偉達(dá)的研究人員“獲得了不錯的提速。”
AI在訓(xùn)練機(jī)器人完成真實(shí)世界的任務(wù)方面表現(xiàn)出了巨大潛力，這些任務(wù)不容易寫入軟件，或者需要某種形式的適應(yīng)。例如，抓取笨拙、易滑或不熟悉的對象的能力，就不太可能被寫到代碼中。
4000個模擬機(jī)器人接受了強(qiáng)化學(xué)習(xí)的訓(xùn)練，這是一種AI方法，靈感來自于對動物如何通過正反饋和負(fù)反饋學(xué)習(xí)的研究。當(dāng)機(jī)器人移動它們的腿時，一個算法會判斷這對它們行走能力的影響，并相應(yīng)地調(diào)整控制算法。
這些模擬運(yùn)行在英偉達(dá)的專用AI芯片上，而不是計算機(jī)和服務(wù)器中使用的通用芯片上。因此，研究人員說，他們能夠在不到通常所需時間的百分之一時間內(nèi)訓(xùn)練機(jī)器人。
使用專門的芯片也帶來了挑戰(zhàn)，因為英偉達(dá)的芯片擅長渲染圖形和運(yùn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵計算，但它們不太適合模擬物理特性，如攀登和滑動。因此，研究人員不得不想出些聰明的軟件變通辦法，英偉達(dá)負(fù)責(zé)模擬技術(shù)的副總裁雷夫勒巴雷迪安(Rev Lebardian)說：“我們花了很長時間才把事情做好。”
模擬、AI和專用芯片有可能推進(jìn)機(jī)器人智能提升。英偉達(dá)已經(jīng)開發(fā)了軟件工具，使使用其芯片模擬和控制工業(yè)機(jī)器人變得更容易。該公司還在西雅圖建立了一個機(jī)器人研究實(shí)驗室，同時還銷售用于自動駕駛汽車的芯片和軟件。
開發(fā)3D視頻游戲軟件的Unity Technologies公司，也涉足開發(fā)適合機(jī)器人專家使用的軟件。該公司負(fù)責(zé)AI業(yè)務(wù)的高級副總裁丹尼蘭格(Danny Lange)表示，Unity Technologies注意到有很多研究人員在使用其軟件進(jìn)行模擬，因此他們讓它更逼真，并與其他機(jī)器人軟件兼容。Unity Technologies目前正在與瑞典Algoryx公司合作，該公司正在測試強(qiáng)化學(xué)習(xí)和模擬是否可以訓(xùn)練林業(yè)機(jī)器人拾取原木。
強(qiáng)化學(xué)習(xí)已經(jīng)存在了幾十年，但由于其他技術(shù)的進(jìn)步，最近已經(jīng)產(chǎn)生了許多值得關(guān)注AI里程碑。2015年，強(qiáng)化學(xué)習(xí)被用來訓(xùn)練一臺計算機(jī)下圍棋，最近它已投入實(shí)際應(yīng)用，執(zhí)行包括需要經(jīng)驗和判斷力的芯片設(shè)計自動化工作。問題是，這種學(xué)習(xí)方式需要大量的時間和數(shù)據(jù)支持。
例如，Open AI公司花了14天多的時間，通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)，在多個CPU同時運(yùn)行的情況下，訓(xùn)練一只機(jī)械手以粗糙的方式操作魔方。每次機(jī)器人接受再培訓(xùn)都要等待兩周，這可能會打消企業(yè)使用機(jī)器人的積極性。早期用強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練機(jī)器人的努力將這個過程分散到幾個現(xiàn)實(shí)世界的機(jī)器人上，物理模擬的改進(jìn)使在虛擬環(huán)境中加速學(xué)習(xí)成為可能。
麻省理工學(xué)院的學(xué)生安德魯斯皮爾伯格(Andrew Spielberg)說，這項新工作“對終端用戶來說非常令人興奮”，他曾使用類似的模擬方法為機(jī)器人提供新的物理設(shè)計。他指出，谷歌的一個研究小組已經(jīng)做了相關(guān)工作，通過將機(jī)器人拆分并在該公司定制的張量處理單元芯片上運(yùn)行，加快了機(jī)器人的學(xué)習(xí)速度。
塔利福特(Tully Foote)在開放機(jī)器人基金會(Open Robotics Foundation)管理著廣泛使用的開源機(jī)器人操作系統(tǒng)。他說，模擬對商業(yè)用戶來說越來越重要，“在部署到硬件之前，在現(xiàn)實(shí)場景中驗證軟件可以節(jié)省大量的時間和金錢”。它可以比實(shí)時運(yùn)行得更快，永遠(yuǎn)不會損壞機(jī)器人。如果出現(xiàn)錯誤，它可以立即自動重置。
但福特補(bǔ)充說，將機(jī)器人學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實(shí)世界中要具有更大的挑戰(zhàn)性。他說：“現(xiàn)實(shí)世界中的不確定性要多得多，污垢、光線、天氣、硬件不均勻以及磨損等，這些都需要追蹤。”
英偉達(dá)副總裁勒巴雷迪安表示，用于訓(xùn)練行走機(jī)器人的那種模擬最終可能也會影響到相關(guān)算法的設(shè)計。他說：“虛擬世界幾乎對一切都有價值，但其中最重要的一項肯定是為我們想要創(chuàng)造的AI構(gòu)建游樂場或訓(xùn)練常” （科技新聞審校/金鹿）
