机器人仍难以独立完成家务

每当人类以为家用机器人时代即将来临时，新的研究又会表明还有多少路要走。当然，在某些领域已经可以看到明显进步，但要把这些能力整合进一个能够自主完成工作的硬件平台，仍然显得遥远。 

2021年6月，不来梅大学的研究人员在ICRA 2021上发表了一篇报告，介绍他们开展的“机器人家庭马拉松实验”。在该实验中，PR2机器人首先被要求摆好一张简单早餐的餐桌，然后再把桌上的东西收走，以便研究人员评估移动操作的可扩展性和稳定性。

看起来，机器人应该能轻松完成这样的任务，但实际上这仍是一个严峻的挑战。

PR2的任务是准备早餐：把碗、勺子、牛奶盒和麦片盒送到餐桌上。早餐后，机器人需要把可清洗的物品放进洗碗机，把麦片盒放回储存处，并把牛奶盒扔进垃圾桶。 

所有物体的形状和外观各不相同，而PR2只能获得关于物体位置的符号化描述（比如在冰箱里、在架子上）。这一场景非常贴近现实，但同时也很复杂，因此机器人需要90分钟才能完成整个流程。

研究人员对其感知、运动规划、抓取和策略制定方面的出色表现印象深刻。需要注意的是，这90分钟是在一个只是部分结构化、并在一定程度上为机器人优化过的环境中，完全自主地完成相对复杂任务的时间。 

实际上，在五次测试中，机器人五次都成功完成了摆桌任务。它的表现并非完美：PR2在抓取勺子等复杂物品时遇到了特别的困难，但研究人员设计的框架能够在每次失败后调整参数并重复失败的动作，从而成功恢复。 

从长远来看，失败以及从失败中恢复的能力，甚至比从不失败更有价值。收拾餐桌对机器人来说更加困难：在五次测试中，有两次它遭遇了无法修复的故障。 

报告中写道：“收拾餐桌比摆桌更难，原因在于需要使用洗碗机，以及难以从侧面抓取离桌边较远的物体。在五次运行中有两次，我们遇到了无法修复的错误。在其中一次运行中，由于抓取轨迹不稳定，且机器人没有完美地跟踪该轨迹，PR2的手指在抓取时推开了牛奶盒，导致抓取极不稳定。”

“结果，牛奶盒在搬运阶段掉到了地上。虽然在摆桌过程中，机器人能够捡起翻倒的杯子并成功端到桌上，但PR2无法从地上捡起牛奶盒。另一个无法修复的错误是，洗碗机的隔栅卡住了PR2的手指。还有一次严重故障发生在把麦片盒放入竖直柜子时，由于机器人需要抬得很高，这一步非常困难。松开夹爪时，麦片盒掉到了地上，关柜门时被压坏。”

尽管报告中大量篇幅都在讨论这些故障，但不应忘记，机器人能够在90分钟内完全自主地工作，这本身仍然令人印象深刻。研究人员承诺开展此类实验，把机器人放置在实际环境中，让它在长时间的完全自主状态下执行真实任务。 

在人类家庭等真实环境中运行的机器人，需要大量不同的知识来完成任务。这类知识很难获取。一种自然的方法是通过模仿人类演示来学习。如今，虚拟现实技术正变得越来越流行，也越来越容易获得。 

虚拟现实系统让人们能够以自然、直观的方式与虚拟环境互动。记录下人们在虚拟现实中完成任务的数据，是日常活动知识的有力来源，可用于训练机器人。 

虚拟现实系统可以方便地切换环境和任务场景，提供高精度的数据，并让人们接触到现实世界的物理规律。研究人员找到了一种方法，用虚拟现实中的人类数据来训练他们的机器人。但由于虚拟与现实环境及其中物体之间的差异、人与机器人能力的不同，以及任务背景的区别，过程中出现了一些困难。 

许多研究都表明，要让机器人在现实世界中足够有用，并能够完成诸如准备早餐桌之类的重要任务，需要付出远比我们之前设想的更多的工作。