Autodesk是全球最大的設(shè)計(jì)、工程與娛樂(lè)軟件公司，專門提供數(shù)字化設(shè)計(jì)、工程與娛樂(lè)軟件解決方案。

近日，該公司的Universal Robotics UR10機(jī)械臂，順利完成了樂(lè)高積木的自動(dòng)化搭建測(cè)試?；蛟S在普通人眼中，這并不能算得上是工業(yè)制造和建筑業(yè)的重大轉(zhuǎn)折，但對(duì)于這家身價(jià)300億美元的軟件設(shè)計(jì)公司來(lái)說(shuō)，卻是意義非凡。

在具體項(xiàng)目中，該機(jī)械臂有自己的名字，之前叫做LegoBot，現(xiàn)在由于某些法律原因改為BrickBot。這兩只機(jī)械臂搭建的對(duì)象，是舊金山最高的摩天大樓泛美金字塔（Transamerica Pyramid）。它們先是從桌上放著的六個(gè)盒子當(dāng)中，取出樂(lè)高積木零部件，隨即在中間的一塊綠色底板上完成大樓模型的自動(dòng)搭建。雖然整個(gè)過(guò)程中看上去會(huì)比較慢，但主要也是想要確保各個(gè)零部件完美契合。

其實(shí)，早在2017年1月，我就已經(jīng)收到了公司的邀請(qǐng)，去實(shí)驗(yàn)室參觀研發(fā)了四個(gè)月的LegoBot。當(dāng)時(shí)，他們告訴我說(shuō)，研發(fā)目標(biāo)就是能夠讓機(jī)器人在11月的開(kāi)發(fā)者大會(huì)上順利完成樂(lè)高模型的搭建工作。但要想正式上市，應(yīng)該還需要三年左右的時(shí)間。

但計(jì)劃總是趕不上變化，目前研發(fā)進(jìn)度出現(xiàn)了一些落后。其中，有一部分原因，是缺乏人才，因?yàn)槿珯?quán)負(fù)責(zé)該項(xiàng)目研發(fā)的科學(xué)家只有一位。另一部分原因，是問(wèn)題本身想要完美解決，是一件困難的事情。

不過(guò)，付出總歸是有回報(bào)的。近日，Autodesk機(jī)器智能主管Mike Haley表示，經(jīng)過(guò)多重優(yōu)化的BrickBot已經(jīng)有了一定的成熟度，可以向大家公開(kāi)之前的某些研發(fā)環(huán)節(jié)以及現(xiàn)在的研發(fā)成果。按照設(shè)想，該項(xiàng)研究將能進(jìn)一步提高工業(yè)制造和建筑的業(yè)務(wù)效率和靈活程度。

Haley介紹說(shuō)：“對(duì)于公司的大多數(shù)客戶而言，如何能夠在最短時(shí)間內(nèi)提供多樣服務(wù)、如何在研發(fā)后期保證正確決策以及如何及時(shí)更改錯(cuò)誤的決定，始終是最為重要的事情。到最后，我們要做的是設(shè)計(jì)一個(gè)工廠，而不簡(jiǎn)單是一種環(huán)境。換句話說(shuō)，像現(xiàn)在這樣，能夠自動(dòng)完成樂(lè)高模型搭建的機(jī)器人，是我們積極跨入未來(lái)的第一步?，F(xiàn)如今的研發(fā)成果，已經(jīng)讓他們離理想未來(lái)又近了一步。”

愚笨的機(jī)器人

其實(shí)，最開(kāi)始BrickBot的誕生，主要就是因?yàn)楫?dāng)時(shí)在全世界各個(gè)國(guó)家和地區(qū)制造工廠中使用的機(jī)器人過(guò)于愚笨，比如說(shuō)汽車工廠。

當(dāng)然，不可否認(rèn)，那些機(jī)器人確實(shí)發(fā)揮著非常重要的作用。只不過(guò)，從靈活程度上來(lái)看，還是相當(dāng)落后的，因?yàn)樗鼈儧](méi)有辦法及時(shí)適應(yīng)在現(xiàn)實(shí)世界中的那些環(huán)境變化。

因此，Autodesk就希望能夠?yàn)樽约旱墓I(yè)客戶提供一些更為智能的機(jī)器人，也就是一些能夠及時(shí)適應(yīng)周圍環(huán)境變化的機(jī)器。用Haley的話說(shuō)：“機(jī)器人是沒(méi)有自主意識(shí)和真實(shí)情感的，也不知道自己需要去追求什么樣的崇高目標(biāo)，所以我們BrickBot主要做的事情，就是將這樣一種意識(shí)引入到整體系統(tǒng)中去。”

有了BrickBot，Haley和自己的團(tuán)隊(duì)成員，尤其是軟將工程師Yotto Koga，就開(kāi)始設(shè)計(jì)智能機(jī)器人系統(tǒng)，能夠使用人工智能技術(shù)來(lái)解決問(wèn)題。他們認(rèn)為，通過(guò)向大家展示樂(lè)高積木的搭建過(guò)程，能夠證明機(jī)器人不僅具有學(xué)習(xí)和判斷的能力，還具有妥善處理復(fù)雜問(wèn)題的能力。

Ken Goldberg是一位來(lái)自加州大學(xué)伯克利分校的教授，主要研究領(lǐng)域包括機(jī)器人、自動(dòng)化和新媒體等。他表示，Autodesk的研發(fā)非常富有趣味，也十分吸引人。作為Dex-Net系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者，Goldberg很清楚，這就意味著要教機(jī)器人學(xué)會(huì)抓拿不同形狀和大小的物體。因而，對(duì)于Haley團(tuán)隊(duì)竭盡全力想要解決的三大難題，Goldberg也有著非常到位的認(rèn)識(shí)。

其中，第一大難題，就是從盒子中拿起不同形狀和大小的模型零部件。要知道，對(duì)于大多數(shù)制造行業(yè)來(lái)說(shuō)，這都不是一項(xiàng)容易完成的任務(wù)。接著，第二大難題，就是按照正確的方向和位置進(jìn)行零部件的組裝。因?yàn)橹灰巧婕暗浇M裝的事情，就不可能只是拿起來(lái)和放下去這么簡(jiǎn)單。你需要以一種特定的方向、方式或姿勢(shì)來(lái)擺放零部件，從而順利組裝起整個(gè)模型，有時(shí)候甚至需要多次重新拿起來(lái)再放下去。

毫無(wú)疑問(wèn)，對(duì)于我們?nèi)祟悂?lái)說(shuō)，這是一項(xiàng)再簡(jiǎn)單不過(guò)的任務(wù)。畢竟我們的手在拿東西時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)22度的自由方向轉(zhuǎn)換。即便是讓零部件在手上轉(zhuǎn)一圈，也完全沒(méi)有任何問(wèn)題。但換成機(jī)器人，就不一樣了。首先，它們的抓手能夠自動(dòng)活動(dòng)的角度范圍非常小。其次，想要搞清楚其中動(dòng)作的物理原理，也是相當(dāng)困難的。

最后，第三大難題，就是無(wú)法保證高度精準(zhǔn)。雖然只有幾歲的小孩子都能夠組裝樂(lè)高模型，但是對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)，想要保證每一塊零部件之間都實(shí)現(xiàn)完美契合，絕對(duì)是一個(gè)大問(wèn)題。

因此，Goldberg認(rèn)為，從研究調(diào)查角度來(lái)看，以上三大問(wèn)題是非常有意思的。再加上樂(lè)高在全世界各地的知名度和普及度，那些問(wèn)題也就有著更為直接和必要的解決需求。

事實(shí)上，Haley表示，之所以選擇樂(lè)高作為項(xiàng)目的推廣媒介，其中一個(gè)原因就是它龐大的“群眾基礎(chǔ)”。他希望，自己的產(chǎn)品能夠深入到每個(gè)人的現(xiàn)實(shí)生活中去。用他的話說(shuō)：“如果我現(xiàn)在想要做一個(gè)項(xiàng)目，想要它能夠切實(shí)給人們的現(xiàn)實(shí)生活帶來(lái)積極影響，那么我希望它使用一種每個(gè)人都能懂的語(yǔ)言作為載體。每行每業(yè)，其實(shí)都存在一定限制。但是，樂(lè)高可以說(shuō)是家喻戶曉的。”

從盒子中拿零部件

就在六月初，也就是時(shí)隔八個(gè)月之后，我終于第一次去到了Autodesk位于灣區(qū)的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室。進(jìn)去之后，Haley和Koga就非常興奮地向我介紹BrickBot的最新研發(fā)成果。

當(dāng)時(shí)，Koga也是第一次詳細(xì)展示機(jī)器人自動(dòng)組裝樂(lè)高模型的過(guò)程。那已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單從桌上拿起零部件，而是從容積更小的盒子中抓拿出來(lái)。光是這一點(diǎn)，就已經(jīng)代表著工業(yè)制造業(yè)的重大突破?？梢韵胂?，順利走到這一步，需要付出多少人力、物力和財(cái)力?；蛟S，這也就是項(xiàng)目遭到推遲的其中一個(gè)主要原因。

Koga指出，在早期的原型迭代過(guò)程中，機(jī)器人使用的是機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，以便記錄傳感器中的數(shù)據(jù)。除此之外，為了保證組裝過(guò)程中的準(zhǔn)確性，機(jī)器人還嘗試使用了攝像頭中的圖像內(nèi)容。剛開(kāi)始，取得的效果并不是很理想。所以，Koga便開(kāi)始嘗試雙目設(shè)備和立體設(shè)備，同時(shí)還加入了一些深度信息。雖然是比之前好很多，但還是不夠完美。最終，在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)半年的試驗(yàn)之后，他又加入了能夠識(shí)別顏色的深度傳感器。

可是，一波未平、一波又起。深度傳感器雖然能夠識(shí)別顏色，但卻產(chǎn)生了非常大的噪音，而且會(huì)丟失很多數(shù)據(jù)。由此，Koga又開(kāi)始進(jìn)行優(yōu)化。到最后，系統(tǒng)已經(jīng)學(xué)會(huì)了如何分辨不同顏色，進(jìn)而能夠從盒子中抓拿出正確的模型零部件。

總而言之，BrickBot就是一款可以移動(dòng)的工具，能夠自動(dòng)抓拿模型零部件、完成組裝工作。在工業(yè)制造領(lǐng)域，這可以說(shuō)是一次關(guān)鍵革新。Haley表示：“如果我們到最后能夠取得成功，那么即便是增加更多機(jī)器人，也并不會(huì)帶來(lái)更多復(fù)雜問(wèn)題，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)已經(jīng)自行學(xué)會(huì)了所有的操作流程。”

從正方形、長(zhǎng)方形到不規(guī)則圖形

在系統(tǒng)學(xué)習(xí)過(guò)程中，熟悉各種形狀和大小，是非常必要的，比如正方形、長(zhǎng)方形、車輪形、山羊形、人物形等等。畢竟在工業(yè)制造領(lǐng)域，各種零部件也是這樣形狀大小不一的。在項(xiàng)目研發(fā)的早期階段，BrickBot是做不到正確識(shí)別的。但現(xiàn)在，即便是遇到了一些不規(guī)則圖形，它也已經(jīng)能夠正確識(shí)別出來(lái)了。

當(dāng)然，Haley也承認(rèn)，為了保證高度準(zhǔn)確，BrickBot目前仍然只是一個(gè)研發(fā)項(xiàng)目，并不是成熟的產(chǎn)品。接下來(lái)，他們的計(jì)劃，就是讓系統(tǒng)在按照固定步驟組裝模型之外的其他可變環(huán)境中順利運(yùn)作。

不過(guò)，除此之外，他們還有一個(gè)任務(wù)要完成，那就是找到愿意進(jìn)行研發(fā)合作的公司客戶，說(shuō)服他們?cè)诟髯缘墓S中進(jìn)行系統(tǒng)的初步試用和推廣。雖然Goldberg和Haley二人對(duì)于這一項(xiàng)目的性質(zhì)和進(jìn)展存在一定分歧，但終究還是非常高興能夠通過(guò)友好合作來(lái)發(fā)現(xiàn)更多令人興奮的新事物和新功能。

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