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新智造按：本文作者 Erico Guizzo，來源IEEE spectrum，由新智造獨家編譯，未經(jīng)許可拒絕轉(zhuǎn)載！
迪斯尼有一個的目標：開發(fā)一款能與人互動的機器人。就像其他出自迪士尼之手的產(chǎn)品一樣，這款叫Jimmy的機器人看起來非常魔幻——試想一下，如果未來迪斯尼樂園里和你打招呼的米老鼠里面藏的不是人而是Jimmy，這該是多酷的一件事情！
其它人形機器人的行動都非常緩慢而呆板，這對于迪斯尼的宏大目標來說是致命的。而Jimmy具備了像生物一樣快速移動的能力，且形態(tài)還非常優(yōu)雅。今年早前流傳在網(wǎng)上的一段視頻顯示，Jimmy能向人揮手、跳些簡單的舞步、拍打桌面。更為驚人的是，Jimmy可以在離人們很近的地方，與人溝通。在視頻中，Jimmy和一個小朋友在玩一種類似于“你拍一我拍一”那樣的游戲，在這個過程中，Jimmy甚至輕輕地拍了小朋友的臉頰——這是你在其他人形機器人的交互實驗中極少看到的。
當然，Jimmy并不是被施了魔法，它只是具備了讓人拍手叫絕的先進的工程技術(shù)。Jimmy和一般的人形機器人不同，它不是由笨重的電動機和齒輪驅(qū)動的。它引用了迪士尼專家們設(shè)計的全新的液壓動力系統(tǒng)，這套液壓動力系統(tǒng)由一些裝了空氣和水的管子組成。目前的版本雖然還需要人為控制運動，但是未來設(shè)計的版本將實現(xiàn)全面的自動化。
幾年前，我們第一次寫到迪士尼的液壓動力系統(tǒng)。從那之后，Whitney和其他迪士尼研究團隊的同事以及天主教大學(xué)和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)專家們對這個設(shè)計進行了升級改造。
最初的動力系統(tǒng)利用了水和空氣。現(xiàn)在，一個升級版的混合動力裝置利用了兩種流體，傳輸速度更快。迪士尼研究團隊的領(lǐng)軍人物、目前在波士頓的東北大學(xué)任教機械與工業(yè)工程的John P. Whitney說，比起配備了諧波傳動器的高杠桿比率伺服系統(tǒng)和無刷電機，這個裝置的金屬項圈能承載更大的重量。它的兼容性也很高，并且具備反向制動性能，這從本質(zhì)上看是非常安全的——因此特別適合應(yīng)用在人形機器人的交互中。
Whitney說，當人們第一次看到Jimmy的時候，大多數(shù)人都覺得與它心心相印。“每次聽人們描述它的動作很流暢時，我都覺得挺逗的。”
這款動力系統(tǒng)最大的優(yōu)勢在于，它與其他發(fā)動機或是伺服系統(tǒng)不同，你不需要在機器人的四肢內(nèi)裝進完整的系統(tǒng)，所以它們的體積會更小、更輕盈。但同時，它也有一些缺點：就像其他基于流體的系統(tǒng)一樣，你需要定期檢查它的壓強。更重要的是，想要打造一款全自動的機器人，你需要打造能完全代替人工控制的發(fā)動機和控制系統(tǒng)。
我們希望能在未來的迪士尼公園見到Jimmy和其他類似的機器人。但我們最希望見證的是，液壓動力系統(tǒng)能找到除了娛樂之外的其他應(yīng)用渠道。尤其是在個人機器人領(lǐng)域。
Whitney表示，這確實是他最想要做出突破的領(lǐng)域：“對人工操作員而言的好處對自動控制而言一樣寶貴，而反向制動性能以及傳動裝置的輕量級性能都是很可貴的特征。”
為了更好地了解Jimmy，我們采訪了迪士尼研究團隊的領(lǐng)軍人物，目前在波士頓的東北大學(xué)任教機械與工業(yè)工程的John P. Whitney教授。以下是John P. Whitney教授采訪實錄。
IEEE Spectrum: Jimmy的動力系統(tǒng)與其他的發(fā)動機和齒輪系統(tǒng)大相徑庭。你們的靈感來源是？
John P. Whitney: 我們最初的想法和MIT研發(fā)的WAM臂以及其他基于全電阻的人為互動一樣：用一個輕量級高性能的傳動裝置，安置機器人體內(nèi)的發(fā)動機，而不是當它們被安置到咬合點時，受到來自級聯(lián)慣性的阻礙。輕量級機械臂可以移動得十分迅速，所以我們可以使用一個更大的低齒輪齒數(shù)比發(fā)動機，它可以減少即增的摩擦力，并保持一定的反向制動性能。不像固定的電纜傳動裝置，我們可以通過增加水壓線，為系統(tǒng)輕易地增加自由度。大家都想打造出更簡單、更便宜的系統(tǒng)，因為輕量級、高齒輪齒數(shù)比、低摩擦的變速箱是非常昂貴的。
IEEE Spectrum: 其他系統(tǒng)中用過這種裝置嗎？
John P. Whitney: 有呀。滾動隔膜在很多沒有使用潤滑劑的工業(yè)制造業(yè)、光學(xué)臺懸掛、機車制動機都使用了大概一個世紀。但是，除了液壓調(diào)節(jié)器中的使用外，幾乎所有的使用方法都是氣動的。比起水壓系統(tǒng)，這些滾動隔膜非常適合在低壓環(huán)境中使用；而造價更為低廉的制造方法限制了促動器的轉(zhuǎn)動，所以它們不適合在絕大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用中使用。
我們的貢獻是在靜水裝置中使用這些滾動隔膜（人工或用電動機），而不是用泵和閥。在我們發(fā)表于ICRA的最新一篇論文中，我們發(fā)現(xiàn)混合空氣-水的靜水裝置會讓系統(tǒng)簡化更多。
IEEE Spectrum: 你第一次將原型放在一起并順利運作時，你的感受如何？
John P. Whitney: 當我第一次測試這個系統(tǒng)時，輸入和輸出的數(shù)據(jù)完美對應(yīng)，它快速移動的速度讓人瞠目結(jié)舌——簡直就像在看一面3D的鏡子！盡管最初的傳動裝置非常重，而且在演示中，它只有一個咬合點，但這并不影響性能。
IEEE Spectrum: 從視頻中我們看到這個系統(tǒng)非常快。那么，它有什么缺點嗎？比如，需要維護？
John P. Whitney: 已經(jīng)證實的是，這個隔膜非常耐用。盡管理論上經(jīng)過長時間后，它們會磨損，但是在缺少摩擦的情況下，這強化纖維的疲憊感會被降到最低，這會延長它們的壽命。因為隔膜非常柔軟，強化纖維也被固化了，也就是說，它們會“優(yōu)雅地變老”。
時間久了之后，隔膜內(nèi)的水會發(fā)生少量的蒸騰作用，所以大概一個月內(nèi)，我們會對傳動裝置內(nèi)的水量進行校準。一開始，在系統(tǒng)內(nèi)裝水，并讓空氣飄散而出是非常困難的，但是在接下來研發(fā)的新一代設(shè)計的循環(huán)裝置中，這個問題會得到完美的解決。
IEEE Spectrum: 您還會繼續(xù)在東北大學(xué)進行這個項目的研發(fā)嗎？
John P. Whitney: 這個項目的研發(fā)過程非常激動人心，而且它很有潛力，將會對除了娛樂功能之外的社交機器人研究帶來極大的影響。我感興趣的一個領(lǐng)域是兼容MRI的遠程針芯活檢，以及其他MR主導(dǎo)的程序（也就是不需要鐵和其他金屬物質(zhì)的促動器）。這些應(yīng)用都非常有趣，尤其是因為他們能夠在醫(yī)師使用3D MR視頻的時候，出具實時的反饋。
IEEE Spectrum: 這個系統(tǒng)對遙控而言堪稱完美，但是你們有想過用操作器上的發(fā)動機使它實現(xiàn)編程全自動嗎？
John P. Whitney: 最初的人工設(shè)置讓我們能夠分辨硬件和機械領(lǐng)域的難題以及人工智能方面的挑戰(zhàn)中。在人工操作員的指導(dǎo)下，它具備了模仿的功能。由此可見，在未來，高科技AI的性能將會非常強大。
via IEEE spectrum
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