人形機器人也要服“軟”

用整個身體（而不是雙手），攜帶、搬挪更多的東西。

你能想象這些臺上的明星人形機器人給你一個舒適、溫暖的擁抱嗎？或者模仿你懷抱一堆快遞包裹進門的樣子？

受限於剛性材料，這些人形機器人的運動能力也受到極大限制。

嗯.......它們做不到。這些鋼鐵戰士的工作方式未能跳脫傳統大型工業機器人的窠臼——用一雙“手（末端執行器）”幹活，雖然常見但也非常低效。

有什麼辦法能讓大家做事更高效呢？想想我們平時是如何創造性地動用全身部位，像雜技演員一樣應對各種情況的吧。

比如，懷抱一堆快遞來到樓下，好不容易騰出一隻手開啟門禁，但門只開了一條細縫。你會用手肘將門推開一些、用胸部、肚子穩住快遞盒子。同時，還會用臀部頂住門，慢慢將身體轉進門裡。

最近大家開始收拾冬季衣物，舉起、移動收納箱時是否也熟練使用了胸部、手臂和其他身體部位？

從人類形態中汲取靈感或許是明智的——柔軟有力的皮膚以及貼近身體進行操作，可以幫助我們用更少的力氣搬運更重的物體。這也啟發了位於加利福尼亞州洛斯阿爾託斯的豐田研究所研發出一種柔軟的人形機器人 Punyo。

漫畫中的機器人生動再現了人類完成不同日常任務的身體方式。

日語裡，Punyo 是指柔軟、可愛和有彈性的東西。目前，這位“軟妹子”還沒有腿，算不上嚴格意義上的人形機器人。不過，它不怕大面積地接觸物體，雖然還不完全擅長用“整個身體”進行操作，但已經會用胸部、手臂和肩膀來做很多事情，許多動作看起來更像人類。

在這些遠端操作的演示中，Punyo 用它的手臂和胸部抓住和握住的東西比它只用手所能抓住的更多。

Punyo 的“爪子”不是傳統的夾具，而是由單個高摩擦力的乳膠氣泡組成，內部裝有攝像頭，透過觀察變形來估計力。它身著一件“毛衣”，主要由抓力強的柔軟材料製成，除了為堅硬的金屬骨架提供一層柔軟覆蓋物，“毛衣”上還裝有觸覺感測器，幫助機器人準確感知它所擁抱的物品。

Punyo 的手臂設計也很特別，嵌入了一系列充氣囊——從肩部延伸到手腕，賦予手臂額外的柔軟性。這些充氣囊排列形成了一個陣列，總共有 13 個，每個充氣囊都可以單獨控制其內部的壓力，透過調節壓力改變充氣囊的剛度，進而改變手臂相應部位的剛度。

比如，當機器人需要更大力量和支撐時，可以增加充氣囊壓力使手臂更加堅硬。而當機器人需要更好的柔順性和適應性時，可以降低充氣囊壓力。這種設計進一步增強了 Punyo 在複雜環境中操作的靈活性和魯棒性。

雖然 Punyo 不是社交機器人，但這些獨特的設計讓它的擁抱也變得格外舒服和溫暖，就像是一位好久不見的親密朋友長時間抱著你，讓人不想放手。

雖然 Punyo 被認為是一個軟性機器人，但柔軟的背後是兩個“硬”機器人手臂、一個剛性軀幹框架和一個腰部執行器，可以說是“剛柔並濟”。這個早期概念圖並不一定是 Punyo最終樣子，但確實強化了這樣一種想法：這些解決方案可以幫助未來和現有的人形機器人充分利用其整個身體進行操作，這樣的機器人更適合在靠近人類的地方工作。

現在，豐田研究小組的機器人專家正在透過遠端操作訓練 Punyo 處理許多不同的大型物體。有時，它需要身體前傾將物品抱在胸前，然後向後傾斜將它們抬起。有時，它會施展更有趣的攜帶技巧，將淨水桶扛在肩膀上並保持穩定。Punyo 主要使用兩種機器學習方法學習豐富的接觸策略，包括擴散策略和例項引導的強化學習。

近半年來，人形機器人呈爆炸性增長。豐田研究所也希望創造一款柔軟、能互動、價格實惠、安全、耐用且功能強大的機器人。

Punyo 選擇人形外觀也是考慮到人形對既有人類空間的適應性。選擇雙手操作，是認為雙手系統更有利於完成購物和準備食物等日常任務。在雙臂之間增添胸部，是為了提供更多接觸面積，方便搬運更大更笨重的物體。

在他們看來，柔軟度似乎是人形機器人在靠近人類地方工作的必要條件，尤其是在商業或家庭環境中，這些環境的互動結構化和可預測性都較低。隨著人形機器人的爆炸性增長，應該會有更多機器人使用這種策略——利用整個身體進行操作，畢竟，這樣才能釋放人形機器人操作笨重物品的潛力。

參考連結

https://medium.com/toyotaresearch/meet-punyo-tris-soft-robot-for-whole-body-manipulation-research-949c934ac3d8

https://spectrum.ieee.org/humanoid-robot-tri-punyo