完美復(fù)制人類動(dòng)作：全身動(dòng)捕技術(shù)在機(jī)器人訓(xùn)練中的突破性應(yīng)用

世界知名機(jī)器人制造公司波士頓動(dòng)力公司正在使用Xsens MVN全身動(dòng)作捕捉系統(tǒng)訓(xùn)練其最新一代Atlas人形機(jī)器人。這家領(lǐng)先的機(jī)器人公司正在使用動(dòng)作捕捉技術(shù)突破機(jī)器人訓(xùn)練的壁壘，讓機(jī)器人能夠精確模仿人類的復(fù)雜動(dòng)作。

全身動(dòng)捕技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在波士頓動(dòng)力的實(shí)驗(yàn)室里，《60分鐘》記者Bill Whitaker親身體驗(yàn)了這套革命性的訓(xùn)練流程。他穿上了覆蓋全身傳感器的Xsens MVN動(dòng)作捕捉套裝，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)捕捉他的所有身體動(dòng)作-從行走步態(tài)到手臂姿勢(shì)，每一個(gè)細(xì)微的動(dòng)作都被精確記錄下來(lái)。

圖片轉(zhuǎn)載自cbsnews.com

波士頓動(dòng)力機(jī)器人研究主管Scott Kuindersma解釋道："動(dòng)作捕捉套裝能夠捕捉，使用者全身的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，用來(lái)訓(xùn)練Atlas精確模仿真人動(dòng)作。"

從動(dòng)作捕捉到機(jī)器學(xué)習(xí)

整個(gè)訓(xùn)練過(guò)程展示了模仿學(xué)習(xí)（Imitation Learning）和強(qiáng)化學(xué)習(xí)（Reinforcement Learning）的完美結(jié)合：

第一步：全身動(dòng)作捕捉

Xsens MVN系統(tǒng)通過(guò)分布在全身的傳感器，精確捕捉人類示范者的每一個(gè)動(dòng)作細(xì)節(jié)。在演示中，Bill Whitaker選擇做開(kāi)合跳（jumping jacks）作為訓(xùn)練動(dòng)作。

第二步：數(shù)據(jù)處理與適配

由于Atlas的身體結(jié)構(gòu)與人類不同，工程師需要將捕捉到的人類動(dòng)作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模式。這就是機(jī)器學(xué)習(xí)發(fā)揮作用的地方。

第三步：大規(guī)模仿真訓(xùn)練

超過(guò)4000個(gè)數(shù)字化的Atlas虛擬模型在仿真環(huán)境中進(jìn)行了6小時(shí)的訓(xùn)練。系統(tǒng)還會(huì)在虛擬環(huán)境中增加各種挑戰(zhàn)，比如濕滑的地面、斜坡或僵硬的關(guān)節(jié)，以找出最佳的運(yùn)動(dòng)方式。

第四步：技能共享

一旦訓(xùn)練完成，這項(xiàng)新技能會(huì)被上傳到控制所有Atlas機(jī)器人的AI系統(tǒng)中。一臺(tái)機(jī)器人學(xué)會(huì)，所有機(jī)器人都將學(xué)會(huì)。

令人驚嘆的學(xué)習(xí)成果

通過(guò)Xsens MVN動(dòng)作捕捉系統(tǒng)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的結(jié)合，Atlas已經(jīng)掌握了多種復(fù)雜動(dòng)作。

開(kāi)合跳（與Bill Whitaker的動(dòng)作幾乎一模一樣）

Bill Whitaker在看到Atlas模仿自己做開(kāi)合跳時(shí)感嘆："這太令人震撼了！"

從實(shí)驗(yàn)室到工廠

這項(xiàng)技術(shù)不僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段。2024年10月，身高5英尺9英寸、重200磅的Atlas已經(jīng)在現(xiàn)代汽車位于喬治亞州的新工廠進(jìn)行測(cè)試，自主完成車頂行李架的分揀工作。

全身動(dòng)捕技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

Xsens MVN動(dòng)作捕捉系統(tǒng)在Atlas訓(xùn)練中展現(xiàn)出的核心優(yōu)勢(shì)：

• 全身覆蓋：捕捉從頭到腳的所有運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)

• 高精度：精確記錄復(fù)雜的人體動(dòng)作

• 實(shí)時(shí)反饋：即時(shí)校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)傳輸

• 靈活應(yīng)用：適用于各種運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景和動(dòng)作類型

機(jī)器學(xué)習(xí)的新范式

Scott Kuindersma強(qiáng)調(diào)："現(xiàn)在我們編程這些機(jī)器人的方式發(fā)生了很大變化，更多的是關(guān)于教學(xué)、演示和機(jī)器學(xué)習(xí)，而不是手動(dòng)編程。"

這種基于模仿學(xué)習(xí)的訓(xùn)練方法，讓機(jī)器人能夠：

• 快速學(xué)習(xí)新技能

• 理解人類動(dòng)作的細(xì)微差別

• 在仿真中優(yōu)化動(dòng)作表現(xiàn)

• 實(shí)現(xiàn)技能的快速部署

未來(lái)展望

波士頓動(dòng)力CEO Robert Playter表示："現(xiàn)在整個(gè)行業(yè)都對(duì)制造足夠智能的機(jī)器人以實(shí)現(xiàn)通用目的的潛力感到興奮。"

高盛預(yù)測(cè)，到本十年末，人形機(jī)器人市場(chǎng)將達(dá)到380億美元。而Xsens MVN這樣的全身動(dòng)作捕捉技術(shù)正在成為這場(chǎng)機(jī)器人革命的關(guān)鍵推動(dòng)力。

技術(shù)應(yīng)用

圖片轉(zhuǎn)載自cbsnews.com

Xsens MVN動(dòng)作捕捉系統(tǒng)通過(guò)其創(chuàng)新的全身傳感技術(shù)，為人形機(jī)器人的訓(xùn)練提供了前所未有的解決方案。從波士頓動(dòng)力的Atlas到未來(lái)更多的人形機(jī)器人，這項(xiàng)技術(shù)正在重新定義機(jī)器人如何學(xué)習(xí)和模仿人類動(dòng)作。

強(qiáng)化學(xué)習(xí) + 模仿學(xué)習(xí) + 全身動(dòng)捕 = 機(jī)器人智能的新時(shí)代