未來(lái)一個(gè)月，在加尼福尼亞的波莫納露天廣場(chǎng)，五花八門的機(jī)器人將參加由美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)組織的障礙賽，有24只機(jī)器人通過(guò)完成一系列的任務(wù)來(lái)超越機(jī)器人導(dǎo)航、操控和移動(dòng)的極限。

在很多機(jī)器人真正踏(滾)上賽場(chǎng)之前，它們會(huì)先在一個(gè)高度真實(shí)的虛擬世界中熱熱身。在這個(gè)稱為“Gazebo”的3D環(huán)境中，可以在不接觸真實(shí)物體的情況下先測(cè)試機(jī)器人的硬件和軟件。既便宜又方便，還沒(méi)有損害精貴部件的危險(xiǎn)，還允許多名研究員在一只機(jī)器人上同時(shí)進(jìn)行研究工作。

DARPA是一個(gè)為走在時(shí)代前端研究提供資金的政府機(jī)構(gòu)，這次競(jìng)賽旨在鼓勵(lì)研發(fā)可以進(jìn)入極端危險(xiǎn)環(huán)境的機(jī)器人，比如完成嚴(yán)重受損的核電站的后續(xù)執(zhí)行工作，可以像人類那樣正常的工作。機(jī)器人們?cè)诓{將面臨的每個(gè)任務(wù)都是模擬至關(guān)重要的修復(fù)工作，如關(guān)閉水泵、封鎖受污染了的建筑或這駕駛車輛運(yùn)送設(shè)備。大部分機(jī)器人的形狀都是人形，還有一些更像是巨大的機(jī)械蜘蛛。

Gazebo是DARPA近年建造的軟件，類似許多電腦游戲中的那種3D虛擬空間，但它提供了更加真實(shí)的物理力、摩擦和照明等現(xiàn)象。機(jī)器人的傳感器也會(huì)接收現(xiàn)實(shí)中的噪音來(lái)模擬真實(shí)任務(wù)中將要面臨的問(wèn)題。

“我們盡力將虛擬環(huán)境貼近現(xiàn)實(shí)，目標(biāo)是能將機(jī)器人輕松切換至虛擬環(huán)境中。”開源機(jī)器人技術(shù)基地的首席技術(shù)官Nate Koenig說(shuō)，他是正在研發(fā)Gazebo的成員之一，而且做了進(jìn)十年了。

Gazebo是機(jī)器人操作系統(tǒng)的一部分，免費(fèi)和開源軟件控制機(jī)器人的各個(gè)部分。因?yàn)闄C(jī)器人專家將編碼寫入ROS中，操作系統(tǒng)作為機(jī)器人平臺(tái)獲得了相當(dāng)大的發(fā)展勢(shì)頭，尤其是在學(xué)術(shù)界。Gazebo和ROS被用于許多其他類型硬件的研發(fā)上。一位瑞士研究員使用這一軟件開發(fā)有自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的四周飛行器。

“這是機(jī)器人民主化發(fā)展新趨勢(shì)的一部分，”參與開發(fā)DARPA比賽機(jī)器人之一的卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)研究員Pras Velagapudi表示，“以前使用機(jī)器人系統(tǒng)就意味著你自己可以解決很多問(wèn)題?，F(xiàn)在你必須自己創(chuàng)建硬件、自己編寫軟件來(lái)驅(qū)動(dòng)硬件，還要自己建立仿真工具來(lái)進(jìn)行測(cè)試。”

一些工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)在使用ROS和Gazebo，包括波士頓Rethink的機(jī)器人，編程容易、可以在簡(jiǎn)易工作線上和工人們一起工作。該公司已經(jīng)為商業(yè)客戶開發(fā)出了自己的軟件仿真平臺(tái)，也鼓勵(lì)學(xué)術(shù)研究著使用Gazebo來(lái)測(cè)驗(yàn)其第一臺(tái)叫Baxter的雙臂機(jī)器人。Rethink高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理 Brian Benoit說(shuō)：“沒(méi)有人愿意從頭開始，要是有一間很合適的機(jī)器視覺(jué)實(shí)驗(yàn)室，你就不需要擔(dān)心逆運(yùn)動(dòng)學(xué)。”(Inverse Kinematics 虛擬角色運(yùn)動(dòng)控制的一種基本方法，它根據(jù)用戶指定肢體末端的位置計(jì)算出虛擬角色各個(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)，這里指機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模型的數(shù)學(xué)方程。)

在高度精確的3 d環(huán)境中對(duì)處于復(fù)雜和不可預(yù)測(cè)環(huán)境中的機(jī)器人進(jìn)行執(zhí)行設(shè)計(jì)特別有用。參與DARPA挑戰(zhàn)賽的機(jī)器人將面臨變量照明和物理設(shè)施，一個(gè)失誤就很容易讓他們受損。“很多時(shí)候，尤其是機(jī)器人，通常會(huì)在抓東西的時(shí)候撞到自己。”Koenig說(shuō)。

這個(gè)月將在西雅圖舉辦的大型機(jī)器人技術(shù)大會(huì)賽事上，很多隊(duì)伍也使用了Gazebo。這場(chǎng)比賽由亞馬遜組織，將涉及機(jī)器人從貨架上分辨和取出商品，就像亞馬遜倉(cāng)庫(kù)工作人員一樣。亞馬遜已經(jīng)在其物流配送中心使用機(jī)器人來(lái)移動(dòng)貨架了。而從貨架上取貨物則是更大的挑戰(zhàn)。

協(xié)助亞馬遜舉辦挑戰(zhàn)賽，負(fù)責(zé)目前仍處于保密階段的機(jī)器人啟動(dòng)工作的Joe Romano說(shuō)：“這很有用，任何想造機(jī)器人的人都想要一個(gè)模擬場(chǎng)景。Gazebo無(wú)疑是首選工具。”

即便如此，Velagapudi說(shuō)Gazebo能做的還是很有限，因?yàn)槲覀兡苣Ｐ偷奈锢硎澜缡怯邢薜摹＠?，機(jī)器人接觸物理表面的方式很難準(zhǔn)確模擬。“在我們的模型中，現(xiàn)實(shí)世界有大量的細(xì)節(jié)很難展現(xiàn)出來(lái)。”