進(jìn)化了百萬(wàn)年的人腳為什么教不會(huì)機(jī)器人好好走路作者陳衛(wèi)東 陳寶隆 | RobotSole | www.robotsole.com做了這么多年機(jī)器人足底研發(fā)我總被問(wèn)一個(gè)問(wèn)題讓機(jī)器人穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)刈邇刹皆趺幢茸屗纶A圍棋、算破密碼還難從波士頓動(dòng)力到本田 ASIMO全球頂尖的團(tuán)隊(duì)砸了四十多年、上千億美金進(jìn)去造出來(lái)的雙足機(jī)器人真要放到?jīng)]彩排過(guò)的真實(shí)地面上走起來(lái)還是像個(gè)剛學(xué)步的孩子 —— 可孩子學(xué)幾個(gè)月就能撒歡跑機(jī)器人學(xué)了幾十年該摔還是摔。這里藏著一個(gè)特別有意思的悖論我們?nèi)巳硕加幸浑p進(jìn)化了百萬(wàn)年、堪稱行走奇跡的腳卻偏偏不知道怎么給機(jī)器人抄這份作業(yè)。更有意思的是等我們真的把人腳的門(mén)道摸透了第一個(gè)決定居然是這作業(yè)我們不照抄了。人腳這份完美作業(yè)從根上就不適合鋼鐵之軀先別急著聊機(jī)器人我們重新看看自己天天踩在地上的這雙腳。這可能是地球上最成功的行走系統(tǒng)之一26 塊骨頭、33 個(gè)關(guān)節(jié)、100 多條韌帶湊成了一套精巧到讓人嘆服的結(jié)構(gòu) —— 足弓像彈簧一樣儲(chǔ)能脂肪墊像水囊一樣緩沖腳底的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)比任何工業(yè)傳感器都反應(yīng)更快。但這份完美的作業(yè)有個(gè)從根上就解不開(kāi)的死結(jié)它是血肉之軀熬出來(lái)的進(jìn)化答案不是為鋼鐵硅基準(zhǔn)備的。我們的腳會(huì)累、會(huì)出汗、會(huì)磨出水泡但它會(huì)自己修。腳底磨破了皮歇兩天新的角質(zhì)就長(zhǎng)好了足底筋膜拉發(fā)炎了養(yǎng)一陣子就能恢復(fù)如初。血肉的核心優(yōu)勢(shì)從來(lái)不是不壞而是壞了能自愈。可機(jī)器人不行。一顆螺絲松了就是松了不會(huì)自己擰緊一塊發(fā)泡材料被反復(fù)壓塌了就是永久變形不會(huì)自己回彈。這是兩種完全相悖的材料哲學(xué)一個(gè)在進(jìn)化的熔爐里鍛造了百萬(wàn)年追求的是容錯(cuò)和自愈一個(gè)在車間的車床上切削了不到一個(gè)世紀(jì)追求的是精度和耐用。也正因如此人腳上那些看起來(lái) “理所當(dāng)然” 的設(shè)計(jì)放到機(jī)器人身上反而成了畫(huà)蛇添足。足弓人類離不了機(jī)器人卻可以不要第一個(gè)我們差點(diǎn)抄錯(cuò)的作業(yè)就是人人都有的足弓。做跑鞋的朋友都懂足弓就是人體自帶的碳纖維彈簧板落地時(shí)壓扁儲(chǔ)能蹬地時(shí)回彈釋能每一步的能量回收率能到 60%-80%。沒(méi)有這道弓我們的祖先根本不可能在東非大草原上完成長(zhǎng)距離遷徙。可這么好的設(shè)計(jì)放到機(jī)器人身上怎么就水土不服了核心原因很扎心機(jī)器人比人重多了而且這種重是不帶緩沖的 “死重”。一個(gè)成年男性 70 公斤的體重里大部分是能參與緩沖的肌肉和脂肪可同身高的雙足機(jī)器人體重輕松突破 80 公斤光是腿部的電機(jī)和減速器就比人的整條腿還沉。更要命的是人的重量靠全身肌肉協(xié)同分散而機(jī)器人的重量是硬邦邦 “堆” 在剛性關(guān)節(jié)上的。足弓每一次落地的形變回彈最后都會(huì)變成懟在踝關(guān)節(jié)電機(jī)、膝關(guān)節(jié)軸承上的高頻硬沖擊 —— 就像你給一塊精密的瑞士表塞了根蹦跶的彈簧能彈是能彈用不了多久里面的齒輪先崩了。所以現(xiàn)在頂尖的仿生機(jī)器人反而做了個(gè)看起來(lái) “開(kāi)倒車” 的決定放棄仿生足弓直接用平足底。不是工程師不懂足弓的好處而是算清了一筆賬犧牲 15% 的能量回收效率換踝關(guān)節(jié)電機(jī)三倍的使用壽命這筆賬怎么算都值。人類是 “省油” 優(yōu)先機(jī)器人是 “耐造” 優(yōu)先。同樣的解剖結(jié)構(gòu)在不同的約束條件下走向了完全相反的設(shè)計(jì)方向。脂肪墊人類用來(lái)自愈機(jī)器人卻會(huì) “自毀”第二個(gè)踩過(guò)坑的作業(yè)是腳后跟那塊神奇的脂肪墊。這塊肉墊看著軟內(nèi)里全是門(mén)道微觀上是無(wú)數(shù)蜂窩狀的纖維隔里面裹著脂肪液落地時(shí)液體流動(dòng)分散沖擊力抬腳時(shí)纖維骨架瞬間回彈。就像一個(gè)自帶回彈的活體水囊每天被踩上萬(wàn)次能用幾十年不壞。工程師們一開(kāi)始當(dāng)然想直接抄用聚氨酯泡沫、硅凝膠、發(fā)泡 TPU 去復(fù)刻脂肪墊的粘彈性實(shí)驗(yàn)室里的數(shù)據(jù)漂亮極了落地沖擊直接降了 40%。可一拿到真實(shí)環(huán)境里直接翻車。實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)是 23℃恒溫、50% 濕度、一秒一步的理想環(huán)境測(cè)出來(lái)的。可真實(shí)世界里機(jī)器人要在 40℃的柏油路上走要在零下十幾度的雪地里蹚要連續(xù)跑幾個(gè)小時(shí)不歇腳。這些高分子材料會(huì)出現(xiàn)人脂肪墊永遠(yuǎn)不會(huì)有的問(wèn)題應(yīng)力松弛。說(shuō)白了就是踩扁了彈不回來(lái)了。人脂肪墊的蜂窩里有活細(xì)胞時(shí)刻維持張力可泡沫材料的微孔一旦被壓塌就是永久變形。走著走著機(jī)器人的緩沖鞋墊就變成了一塊硬邦邦的死塑料板。更諷刺的是人腳底另一個(gè)王牌優(yōu)勢(shì) —— 感知放到機(jī)器人身上反而成了新的累贅。人腳底密密麻麻長(zhǎng)著幾千個(gè)壓力感受器能瞬間摸透地面的紋理、坡度、滑不滑而且這套系統(tǒng)的反應(yīng)快到離譜腳踩到香蕉皮的瞬間脊髓直接下令鎖死踝關(guān)節(jié)全程幾十毫秒大腦根本來(lái)不及反應(yīng)。工程師們也給機(jī)器人足底鋪了密密麻麻的柔性壓力傳感器精度能到毫米級(jí)可問(wèn)題來(lái)了信號(hào)傳去哪人的信號(hào)走神經(jīng)一秒 100 米直接進(jìn)脊髓機(jī)器人的信號(hào)要走導(dǎo)線經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換、總線傳輸、主控芯片解算再發(fā)指令給關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器等這一圈流程走完機(jī)器人已經(jīng)摔在地上了。所以現(xiàn)在前沿的做法是把這套 “條件反射” 直接下沉到足底在足端嵌一塊獨(dú)立的微控制芯片一旦檢測(cè)到壓力突變不用等 “大腦” 批準(zhǔn)直接鎖死踝關(guān)節(jié)。這才是真的仿生 —— 不是抄腳底長(zhǎng)了多少傳感器而是抄這套 “先反應(yīng)、再匯報(bào)” 的底層邏輯。人類發(fā)明了鞋而機(jī)器人本身就是一雙鞋最容易被忽略也最顛覆認(rèn)知的一個(gè)真相是人類是有鞋的而機(jī)器人本身就是自己的鞋。這件事對(duì)設(shè)計(jì)的影響遠(yuǎn)超大多數(shù)人的想象。回頭看人類穿鞋的歷史本質(zhì)上就是一部 “功能外包” 的歷史最早的草鞋把抗穿刺的活外包給了植物纖維后來(lái)的皮靴把保暖防水外包給了動(dòng)物皮毛現(xiàn)在的跑鞋把緩沖回彈外包給了發(fā)泡材料和碳板。每一次外包都讓腳本身能 “偷點(diǎn)懶”。所以現(xiàn)代人的腳趾靈活性退化了足底角質(zhì)變薄了甚至很多人的足弓都因?yàn)槌Ｄ甏┬兊觅酢＿@是進(jìn)化的取舍也是分工的必然。但機(jī)器人沒(méi)有這個(gè)煩惱因?yàn)樗鼜某錾翘炱鹁褪?“光腳” 的 —— 或者說(shuō)它的腳和鞋從設(shè)計(jì)之初就是一體的。這反而給了我們一個(gè)人類從來(lái)沒(méi)有過(guò)的自由我們可以直接設(shè)計(jì)一雙 “永遠(yuǎn)不會(huì)退化、永遠(yuǎn)不用偷懶” 的腳不用遷就血肉的局限。