迪士尼提出的口號(hào)清晰而響亮：Disney給人類提供最好的娛樂(lè)方式。無(wú)論是那些長(zhǎng)盛不衰的卡通形象，還是那些膾炙人口的電影和電視廣播節(jié)目，抑或是人人向往的迪士尼樂(lè)園，莫不為娛樂(lè)而生。但不久前，迪士尼研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一款能跟人互動(dòng)的機(jī)器人Jimmy，除了娛樂(lè)大眾的功能之外，開(kāi)發(fā)者還希望它的技術(shù)之路走得更“極客”一些。因此，并不是為工業(yè)而生的Jimmy，值得從事工業(yè)的你我去見(jiàn)識(shí)見(jiàn)識(shí)。

迪士尼有一個(gè)目標(biāo)，是要開(kāi)發(fā)一款能與人互動(dòng)的機(jī)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(jī)器人看起來(lái)非常魔幻——試想一下，如果未來(lái)迪斯尼樂(lè)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(jī)器人的行動(dòng)都非常緩慢而呆板，這對(duì)于迪斯尼的宏大目標(biāo)來(lái)說(shuō)是致命的。而Jimmy具備了像生物一樣快速移動(dòng)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(jiǎn)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(gè)小朋友在玩一種類似于“你拍一我拍一”那樣的游戲，在這個(gè)過(guò)程中，Jimmy甚至輕輕地拍了小朋友的臉頰——這是在與其他人形機(jī)器人的交互實(shí)驗(yàn)中極少看到的。

當(dāng)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(jìn)的工程技術(shù)。Jimmy和一般的人形機(jī)器人不同，它不是由笨重的電動(dòng)機(jī)和齒輪驅(qū)動(dòng)的。它引用了迪士尼專家們?cè)O(shè)計(jì)的全新的液壓動(dòng)力系統(tǒng)，這套液壓動(dòng)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(yùn)動(dòng)，但是未來(lái)設(shè)計(jì)的版本將實(shí)現(xiàn)全面的自動(dòng)化。

可以！這很流暢！

幾年前，我們第一次寫(xiě)到迪士尼的液壓動(dòng)力系統(tǒng)。從那之后，Whitney和其他迪士尼研究團(tuán)隊(duì)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(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了升級(jí)改造。

最初的動(dòng)力系統(tǒng)利用了水和空氣?，F(xiàn)在，一個(gè)升級(jí)版的混合動(dòng)力裝置利用了兩種流體，傳輸速度更快。迪士尼研究團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)軍人物、目前在波士頓的東北大學(xué)任教機(jī)械與工業(yè)工程的John P. Whitney說(shuō)，比起配備了諧波傳動(dòng)器的高杠桿比率伺服系統(tǒng)和無(wú)刷電機(jī)，這個(gè)裝置的金屬項(xiàng)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(dòng)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(jī)器人的交互中。

Whitney說(shuō)，當(dāng)人們第一次看到Jimmy的時(shí)候，大多數(shù)人都覺(jué)得與它心心相印?！懊看温?tīng)人們描述它的動(dòng)作很流暢時(shí)，我都覺(jué)得挺逗的?！?/span>

幕后的男人

這款動(dòng)力系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)在于，它與其他電動(dòng)機(jī)或是伺服系統(tǒng)不同，你不需要在機(jī)器人的四肢內(nèi)裝進(jìn)完整的系統(tǒng)，所以它們的體積會(huì)更小、更輕盈。但同時(shí)，它也有一些缺點(diǎn)：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(qiáng)。更重要的是，想要打造一款全自動(dòng)的機(jī)器人，你需要打造能完全代替人工控制的發(fā)動(dòng)機(jī)和控制系統(tǒng)。

我們希望能在未來(lái)的迪士尼公園見(jiàn)到Jimmy和其他類似的機(jī)器人。但我們最希望見(jiàn)證的是，液壓動(dòng)力系統(tǒng)能找到除了娛樂(lè)之外的其他應(yīng)用渠道。尤其是在個(gè)人機(jī)器人領(lǐng)域。

Whitney表示，這確實(shí)是他最想要做出突破的領(lǐng)域：“對(duì)人工操作員而言的好處對(duì)自動(dòng)控制而言一樣寶貴，而反向制動(dòng)性能以及傳動(dòng)裝置的輕量級(jí)性能都是很可貴的特征?！?/span>

為了更好地了解Jimmy，我們采訪了迪士尼研究團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)軍人物，目前在美國(guó)波士頓的東北大學(xué)任教機(jī)械與工業(yè)工程的John P. Whitney教授。以下是John P. Whitney教授接受IEEE Spectrum（注：美國(guó)電氣電子工程師學(xué)會(huì)所辦刊物）采訪實(shí)錄：

IEEE Spectrum: Jimmy的動(dòng)力系統(tǒng)與其他的發(fā)動(dòng)機(jī)和齒輪系統(tǒng)大相徑庭。你們的靈感來(lái)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(dòng)一樣：用一個(gè)輕量級(jí)高性能的傳動(dòng)裝置，安置機(jī)器人體內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)，而不是當(dāng)它們被安置到咬合點(diǎn)時(shí)，受到來(lái)自級(jí)聯(lián)慣性的阻礙。輕量級(jí)機(jī)械臂可以移動(dòng)得十分迅速，所以我們可以使用一個(gè)更大的低齒輪齒數(shù)比發(fā)動(dòng)機(jī)，它可以減少即增的摩擦力，并保持一定的反向制動(dòng)性能。不像固定的電纜傳動(dòng)裝置，我們可以通過(guò)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(jiǎn)單、更便宜的系統(tǒng)，因?yàn)檩p量級(jí)、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(guò)這種裝置嗎？

John P. Whitney: 有呀。滾動(dòng)隔膜在很多沒(méi)有使用潤(rùn)滑劑的工業(yè)制造業(yè)、光學(xué)臺(tái)懸掛、機(jī)車制動(dòng)機(jī)都使用了大概一個(gè)世紀(jì)。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(dòng)的。比起水壓系統(tǒng)，這些滾動(dòng)隔膜非常適合在低壓環(huán)境中使用；而造價(jià)更為低廉的制造方法限制了促動(dòng)器的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(xiàn)是在靜水裝置中使用這些滾動(dòng)隔膜（人工或用電動(dòng)機(jī)），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(huì)讓系統(tǒng)簡(jiǎn)化更多。

IEEE Spectrum: 你第一次將原型放在一起并順利運(yùn)作時(shí)，你的感受如何？

John P. Whitney: 當(dāng)我第一次測(cè)試這個(gè)系統(tǒng)時(shí)，輸入和輸出的數(shù)據(jù)完美對(duì)應(yīng)，它快速移動(dòng)的速度讓人瞠目結(jié)舌——簡(jiǎn)直就像在看一面3D的鏡子！盡管最初的傳動(dòng)裝置非常重，而且在演示中，它只有一個(gè)咬合點(diǎn)，但這并不影響性能。

IEEE Spectrum: 從視頻中我們看到這個(gè)系統(tǒng)非常快。那么，它有什么缺點(diǎn)嗎？比如，需要維護(hù)？

John P. Whitney: 已經(jīng)證實(shí)的是，這個(gè)隔膜非常耐用。盡管理論上經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間后，它們會(huì)磨損，但是在缺少摩擦的情況下，這強(qiáng)化纖維的疲憊感會(huì)被降到最低，這會(huì)延長(zhǎng)它們的壽命。因?yàn)楦裟し浅Ｈ彳?，?qiáng)化纖維也被固化了，也就是說(shuō)，它們會(huì)“優(yōu)雅地變老”。

時(shí)間久了之后，隔膜內(nèi)的水會(huì)發(fā)生少量的蒸騰作用，所以大概一個(gè)月內(nèi)，我們會(huì)對(duì)傳動(dòng)裝置內(nèi)的水量進(jìn)行校準(zhǔn)。一開(kāi)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(lái)研發(fā)的新一代設(shè)計(jì)的循環(huán)裝置中，這個(gè)問(wèn)題會(huì)得到完美的解決。

IEEE Spectrum: 您還會(huì)繼續(xù)在東北大學(xué)進(jìn)行這個(gè)項(xiàng)目的研發(fā)嗎？

John P. Whitney: 這個(gè)項(xiàng)目的研發(fā)過(guò)程非常激動(dòng)人心，而且它很有潛力，將會(huì)對(duì)除了娛樂(lè)功能之外的社交機(jī)器人研究帶來(lái)極大的影響。我感興趣的一個(gè)領(lǐng)域是兼容MRI的遠(yuǎn)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(dòng)器）。這些應(yīng)用都非常有趣，尤其是因?yàn)樗麄兡軌蛟卺t(yī)師使用3D MR視頻的時(shí)候，出具實(shí)時(shí)的反饋。

IEEE Spectrum: 這個(gè)系統(tǒng)對(duì)遙控而言堪稱完美，但是你們有想過(guò)用操作器上的發(fā)動(dòng)機(jī)使它實(shí)現(xiàn)編程全自動(dòng)嗎？

John P. Whitney: 最初的人工設(shè)置讓我們能夠分辨硬件和機(jī)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(jiàn)，在未來(lái)，高科技AI的性能將會(huì)非常強(qiáng)大。

注：本文作者 Erico Guizzo，來(lái)源IEEE spectrum，由新智造獨(dú)家編譯