Autodesk公司這個叫BrickBot的機器人，將顛覆智能生產(chǎn)的未來

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

近日，該公司的Universal Robotics UR10機械臂，順利完成了樂高積木的自動化搭建測試。或許在普通人眼中，這并不能算得上是工業(yè)制造和建筑業(yè)的重大轉折，但對于這家身價300億美元的軟件設計公司來說，卻是意義非凡。

在具體項目中，該機械臂有自己的名字，之前叫做LegoBot，現(xiàn)在由于某些法律原因改為BrickBot。這兩只機械臂搭建的對象，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盒子當中，取出樂高積木零部件，隨即在中間的一塊綠色底板上完成大樓模型的自動搭建。雖然整個過程中看上去會比較慢，但主要也是想要確保各個零部件完美契合。

其實，早在2017年1月，我就已經(jīng)收到了公司的邀請，去實驗室參觀研發(fā)了四個月的LegoBot。當時，他們告訴我說，研發(fā)目標就是能夠讓機器人在11月的開發(fā)者大會上順利完成樂高模型的搭建工作。但要想正式上市，應該還需要三年左右的時間。

但計劃總是趕不上變化，目前研發(fā)進度出現(xiàn)了一些落后。其中，有一部分原因，是缺乏人才，因為全權負責該項目研發(fā)的科學家只有一位。另一部分原因，是問題本身想要完美解決，是一件困難的事情。

不過，付出總歸是有回報的。近日，Autodesk機器智能主管Mike Haley表示，經(jīng)過多重優(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。按照設想，該項研究將能進一步提高工業(yè)制造和建筑的業(yè)務效率和靈活程度。

Haley介紹說：“對于公司的大多數(shù)客戶而言，如何能夠在最短時間內(nèi)提供多樣服務、如何在研發(fā)后期保證正確決策以及如何及時更改錯誤的決定，始終是最為重要的事情。到最后，我們要做的是設計一個工廠，而不簡單是一種環(huán)境。換句話說，像現(xiàn)在這樣，能夠自動完成樂高模型搭建的機器人，是我們積極跨入未來的第一步?，F(xiàn)如今的研發(fā)成果，已經(jīng)讓他們離理想未來又近了一步。”

愚笨的機器人

其實，最開始BrickBot的誕生，主要就是因為當時在全世界各個國家和地區(qū)制造工廠中使用的機器人過于愚笨，比如說汽車工廠。

當然，不可否認，那些機器人確實發(fā)揮著非常重要的作用。只不過，從靈活程度上來看，還是相當落后的，因為它們沒有辦法及時適應在現(xiàn)實世界中的那些環(huán)境變化。

因此，Autodesk就希望能夠為自己的工業(yè)客戶提供一些更為智能的機器人，也就是一些能夠及時適應周圍環(huán)境變化的機器。用Haley的話說：“機器人是沒有自主意識和真實情感的，也不知道自己需要去追求什么樣的崇高目標，所以我們BrickBot主要做的事情，就是將這樣一種意識引入到整體系統(tǒng)中去?！?/p>

有了BrickBot，Haley和自己的團隊成員，尤其是軟將工程師Yotto Koga，就開始設計智能機器人系統(tǒng)，能夠使用人工智能技術來解決問題。他們認為，通過向大家展示樂高積木的搭建過程，能夠證明機器人不僅具有學習和判斷的能力，還具有妥善處理復雜問題的能力。

Ken Goldberg是一位來自加州大學伯克利分校的教授，主要研究領域包括機器人、自動化和新媒體等。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)的開發(fā)者，Goldberg很清楚，這就意味著要教機器人學會抓拿不同形狀和大小的物體。因而，對于Haley團隊竭盡全力想要解決的三大難題，Goldberg也有著非常到位的認識。

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，對于大多數(shù)制造行業(yè)來說，這都不是一項容易完成的任務。接著，第二大難題，就是按照正確的方向和位置進行零部件的組裝。因為只要是涉及到組裝的事情，就不可能只是拿起來和放下去這么簡單。你需要以一種特定的方向、方式或姿勢來擺放零部件，從而順利組裝起整個模型，有時候甚至需要多次重新拿起來再放下去。

毫無疑問，對于我們?nèi)祟悂碚f，這是一項再簡單不過的任務。畢竟我們的手在拿東西時，能夠實現(xiàn)22度的自由方向轉換。即便是讓零部件在手上轉一圈，也完全沒有任何問題。但換成機器人，就不一樣了。首先，它們的抓手能夠自動活動的角度范圍非常小。其次，想要搞清楚其中動作的物理原理，也是相當困難的。

最后，第三大難題，就是無法保證高度精準。雖然只有幾歲的小孩子都能夠組裝樂高模型，但是對于機器人來說，想要保證每一塊零部件之間都實現(xiàn)完美契合，絕對是一個大問題。

因此，Goldberg認為，從研究調查角度來看，以上三大問題是非常有意思的。再加上樂高在全世界各地的知名度和普及度，那些問題也就有著更為直接和必要的解決需求。

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

從盒子中拿零部件

就在六月初，也就是時隔八個月之后，我終于第一次去到了Autodesk位于灣區(qū)的機器人實驗室。進去之后，Haley和Koga就非常興奮地向我介紹BrickBot的最新研發(fā)成果。

當時，Koga也是第一次詳細展示機器人自動組裝樂高模型的過程。那已經(jīng)不再是簡單從桌上拿起零部件，而是從容積更小的盒子中抓拿出來。光是這一點，就已經(jīng)代表著工業(yè)制造業(yè)的重大突破。可以想象，順利走到這一步，需要付出多少人力、物力和財力?；蛟S，這也就是項目遭到推遲的其中一個主要原因。

Koga指出，在早期的原型迭代過程中，機器人使用的是機器學習技術，以便記錄傳感器中的數(shù)據(jù)。除此之外，為了保證組裝過程中的準確性，機器人還嘗試使用了攝像頭中的圖像內(nèi)容。剛開始，取得的效果并不是很理想。所以，Koga便開始嘗試雙目設備和立體設備，同時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)過長達半年的試驗之后，他又加入了能夠識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別顏色，但卻產(chǎn)生了非常大的噪音，而且會丟失很多數(shù)據(jù)。由此，Koga又開始進行優(yōu)化。到最后，系統(tǒng)已經(jīng)學會了如何分辨不同顏色，進而能夠從盒子中抓拿出正確的模型零部件。

總而言之，BrickBot就是一款可以移動的工具，能夠自動抓拿模型零部件、完成組裝工作。在工業(yè)制造領域，這可以說是一次關鍵革新。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器人，也并不會帶來更多復雜問題，因為整個系統(tǒng)已經(jīng)自行學會了所有的操作流程。”

從正方形、長方形到不規(guī)則圖形

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

當然，Haley也承認，為了保證高度準確，BrickBot目前仍然只是一個研發(fā)項目，并不是成熟的產(chǎn)品。接下來，他們的計劃，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)境中順利運作。

不過，除此之外，他們還有一個任務要完成，那就是找到愿意進行研發(fā)合作的公司客戶，說服他們在各自的工廠中進行系統(tǒng)的初步試用和推廣。雖然Goldberg和Haley二人對于這一項目的性質和進展存在一定分歧，但終究還是非常高興能夠通過友好合作來發(fā)現(xiàn)更多令人興奮的新事物和新功能。

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