黑客帝国？美国国防研究局给机器人建造了虚拟世界

未来一个月，在加尼福尼亚的波莫纳露天广场，五花八门的机器人将参加由美国国防高级研究计划局(DARPA)组织的障碍赛，有24只机器人通过完成一系列的任务来超越机器人导航、操控和移动的极限。

在很多机器人真正踏(滚)上赛场之前，它们会先在一个高度真实的虚拟世界中热热身。在这个称为“Gazebo”的3D环境中，可以在不接触真实物体的情况下先测试机器人的硬件和软件。既便宜又方便，还没有损害精贵部件的危险，还允许多名研究员在一只机器人上同时进行研究工作。

DARPA是一个为走在时代前端研究提供资金的政府机构，这次竞赛旨在鼓励研发可以进入极端危险环境的机器人，比如完成严重受损的核电站的后续执行工作，可以像人类那样正常的工作。机器人们在波莫纳将面临的每个任务都是模拟至关重要的修复工作，如关闭水泵、封锁受污染了的建筑或这驾驶车辆运送设备。大部分机器人的形状都是人形，还有一些更像是巨大的机械蜘蛛。

Gazebo是DARPA近年建造的软件，类似许多电脑游戏中的那种3D虚拟空间，但它提供了更加真实的物理力、摩擦和照明等现象。机器人的传感器也会接收现实中的噪音来模拟真实任务中将要面临的问题。

“我们尽力将虚拟环境贴近现实，目标是能将机器人轻松切换至虚拟环境中。”开源机器人技术基地的首席技术官Nate Koenig说，他是正在研发Gazebo的成员之一，而且做了进十年了。

Gazebo是机器人操作系统的一部分，免费和开源软件控制机器人的各个部分。因为机器人专家将编码写入ROS中，操作系统作为机器人平台获得了相当大的发展势头，尤其是在学术界。Gazebo和ROS被用于许多其他类型硬件的研发上。一位瑞士研究员使用这一软件开发有自动驾驶系统的四周飞行器。

“这是机器人民主化发展新趋势的一部分，”参与开发DARPA比赛机器人之一的卡内基·梅隆大学研究员Pras Velagapudi表示，“以前使用机器人系统就意味着你自己可以解决很多问题。现在你必须自己创建硬件、自己编写软件来驱动硬件，还要自己建立仿真工具来进行测试。”

一些工业机器人已经在使用ROS和Gazebo，包括波士顿Rethink的机器人，编程容易、可以在简易工作线上和工人们一起工作。该公司已经为商业客户开发出了自己的软件仿真平台，也鼓励学术研究着使用Gazebo来测验其第一台叫Baxter的双臂机器人。Rethink高级产品经理 Brian Benoit说：“没有人愿意从头开始，要是有一间很合适的机器视觉实验室，你就不需要担心逆运动学。”(Inverse Kinematics 虚拟角色运动控制的一种基本方法，它根据用户指定肢体末端的位置计算出虚拟角色各个关节的旋转，这里指机器人关节运动模型的数学方程。)

在高度精确的3 d环境中对处于复杂和不可预测环境中的机器人进行执行设计特别有用。参与DARPA挑战赛的机器人将面临变量照明和物理设施，一个失误就很容易让他们受损。“很多时候，尤其是机器人，通常会在抓东西的时候撞到自己。”Koenig说。

这个月将在西雅图举办的大型机器人技术大会赛事上，很多队伍也使用了Gazebo。这场比赛由亚马逊组织，将涉及机器人从货架上分辨和取出商品，就像亚马逊仓库工作人员一样。亚马逊已经在其物流配送中心使用机器人来移动货架了。而从货架上取货物则是更大的挑战。

协助亚马逊举办挑战赛，负责目前仍处于保密阶段的机器人启动工作的Joe Romano说：“这很有用，任何想造机器人的人都想要一个模拟场景。Gazebo无疑是首选工具。”

即便如此，Velagapudi说Gazebo能做的还是很有限，因为我们能模型的物理世界是有限的。例如，机器人接触物理表面的方式很难准确模拟。“在我们的模型中，现实世界有大量的细节很难展现出来。”