世界上最難的機器人挑戰賽的獲勝者以 ANYmal 為基礎

由 DARPA 資助的地下「SubT」機器人挑戰賽旨在徹底改變地下領域的營運。八支世界領先的機器人團隊在肯塔基州路易斯維爾舉行的決賽中展開角逐，爭奪部署性能最佳的系統並贏得 200 萬美元獎金。獲勝團隊 CERBERUS 建立了一支機器人團隊，其中包括多個 ANYmal，使其在應對惡劣地下環境的競爭中脫穎而出。向 Marco Hutter 教授和博士了解他的團隊如何在世界上最困難和最負盛名的機器人挑戰之一中獲勝。

Marco Hutter 教授（左二）與 CERBERUS 團隊及其 ANYmal 機器人車隊。致謝：CERBERUS 團隊

恭喜您在 DARPA SubT 挑戰賽中獲得第一名！
在我們談論你們團隊的成功之路之前，
請告訴我們一些關於比賽的目標和設置的信息。

在 DARPA SubT 挑戰賽中，一組機器人被要求自主探索不同的地下環境，例如地下礦井和隧道、大都市地下基礎設施和天然洞穴網路。目標是找到組織者之前放置的各種物體（“文物”）。在這個挑戰中，機器人對環境沒有先驗知識。他們必須在數百公尺的地下區域中高精度地找到並報告背包、手機或倖存者等文物的位置。經過三年的準備，在隧道和城市賽道進行資格賽，世界各地一些最好的機器人團隊與他們的機器人團隊在決賽中展開競爭。對於本次決賽，DARPA 設計了一個環境，​​其中包含代表「隧道賽道」、「城市賽道」和「洞穴賽道」這三個挑戰的分支。

與工業檢查或安全巡邏中更常見的機器人部署相比，這項工作的主要挑戰是什麼？

首先，在部署機器人之前，環境是完全未知的。它結合了多種挑戰。這些與移動性（例如，崎嶇地形、樓梯、水）、導航（例如，狹窄通道、密閉空間、懸崖）、繪圖（例如，自相似結構、大型洞穴）、定位（例如，視覺退化條件）有關如濃煙）和通訊。機器人只有一小時的時間來探索盡可能多的地下區域，以找到隱藏的文物。由於沒有可用的通訊基礎設施，機器人必須自主探索。選擇是透過部署通訊信標來建立 WiFi 通訊網路。如果這還不夠，整個機器人艦隊只能由一名操作員指揮，該操作員必須指導部署並監督自動工件報告。

ANYmal 探索路易斯維爾巨型洞穴並探測 DARPA 隱藏的文物。致謝：來自 IEEE Spectrum 的 Evan Ackerman

SubT挑戰賽持續了3年多，你們的團隊在這段時間關注的重點是什麼，你們的獲勝策略是什麼？

環境極為多樣化且規模龐大。因此，我們從一開始就確信腿式機器人提供了最好、最通用的解決方案。因此，我實驗室的研究完全集中在為該任務準備 ANYmal 平台上。我們研究了新的運動控制策略，可以穩健地克服崎嶇和濕滑的地形，同時處理視覺退化的條件（例如，如下視頻所示的煙霧），研究可以識別安全有效路徑的本地導航演算法，以及可靠的定位和融合多種感測器模式以應對潛在的感測器退化的映射框架。此外，挪威科技大學的合作夥伴創建了一種用於全球導航的自主探索方法，而蘇黎世聯邦理工學院的合作夥伴實現了基於視覺的 SLAM 解決方案，使我們能夠在機器人車隊上全局優化地圖。

同時，我們 CERBERUS 團隊的合作夥伴也致力於開發不同類型的無人機。雖然原則上已經為決賽做好了準備，但空間狹窄和感知退化的條件不利於飛行器的部署。

ANYmal 在自主探索過程中會觸發煙霧陷阱。致謝：DARPA SubT 挑戰賽。

您提到了腿式機器人對於團隊成功的重要性。
能告訴我們更多嗎？

四足機器人匯集了一系列獨特的優勢。與履帶式或輪式 UGV 相比，它們表現出明顯更好的機動性。他們能夠克服崎嶇的地形、樓梯和階梯。它們可以全方位移動，這對於在狹窄的通道中導航非常有幫助。萬一跌倒了，他們可以自己爬起來繼續作業。與無人機相比，四足機器人的續航力明顯更高。它們可以攜帶更重的感測有效載荷，用於導航和工件檢查。由於這些優勢，前六名的隊伍都使用了四足機器人。這顯示了過去幾年該領域取得的令人印象深刻的進步。

您的團隊正在使用 4 個 ANYmal 機器人。
ANYmal 如何支持您的工作？

在最後的任務中，所有四個 ANYmal 都成功地在隧道、洞穴和城市地下區域運行了近一個小時，並且在很大程度上實現了自主運作。運作非常順利，沒有一個機器人摔倒或出現任何硬體問題。這很好地展示了第二代最新一代 ANYmal 機器人的穩健性和可靠性。一個很大的優勢是可以完全存取 ANYmal 的軟體和模組化有效負載功能。我們的競爭對手將大背包放在 Boston Dynamic 的 Spot 上來自動探索、繪製地圖和報告工件，與此相反，我們可以在很大程度上依賴標準 ANYmal C 平台，並進行相對較小的修改。

CERBERUS 團隊正在為 DARPA SubT 挑戰賽的決賽做準備。致謝：CERBERUS 團隊。

您未來的研究重點是什麼？

整個比賽幫助我們團隊高度集中地推進了自主四足運動、探索、導航和地圖繪製技術。我發現所有參賽團隊和整個機器人領域在短短三年內的進步令人印象深刻。它表明了機器人技術在不久的將來的潛力。同時，我們也了解到了局限性。例如，我們的系統的機器人間通訊和即時資訊交換非常有限。而且，比賽期間使用的所有機器都充當純粹的觀察者。未來我們肯定會投入一部分獎金用於此。我們將擴展機器人的能力，使其能夠主動與其複雜的環境進行互動和介入。

關於 CERBERUS 團隊

CERBERUS代表用於地下環境中自主探索的協作四足和飛行機器人。它是一個國際聯盟，成員包括內華達大學裡諾分校（主合約）、蘇黎世聯邦理工學院、挪威科技大學、加州大學柏克萊分校、牛津大學、Flyability 和 Sierra Nevada Corporation。這些合作夥伴一直在ANYmal 研究社區內合作。

ANYbotics 恭喜 CERBERUS 團隊贏得 DARPA SubT 挑戰賽。我們也感謝 Marco Hutter 對他們的研究的見解。檢視 ANYmal 在 DARPA SubT 挑戰賽最後一輪的表現：

ANYmal 在 DARPA SubT 挑戰賽決賽中的表現。致謝：DARPA SubT 挑戰賽。

幕後花絮：導致勝利的運動控制器

在 Darpa 地下挑戰賽期間，CERBERUS 團隊部署了一款控制器，該控制器在惡劣地形中兼具快速移動和穩健性。這種基於深度學習的控制器利用即時地形資訊和高速觸覺反射來規劃機器人的運動。這使得 ANYmal 能夠在困難的自然地形（包括能見度受損的情況下）成功運作。在 DARPA SubT 挑戰賽中，ANYmal 能夠穿越岩石和濕滑的表面、高台階、陡峭的斜坡和濃煙而沒有摔倒，幫助 CERBERUS 在領獎台上取得領先地位。在此影片中查看團隊如何開發和測試感知運動控制器：