排汗降温！JSK Lab第五代骨骼肌肉机器人诞生

传统的人形机器人采用风冷散热方式，如DRC15冠军KAIST的Hubo, Kawada公司的HRP-2；一些新型人形机器人采用了精巧的水冷散热，如JSK的Urata Leg和基于它的DRC13冠军SCHAFT。二者对比，风冷不如水冷高效，但水冷不仅需要精心设计的结构，而且占据了内部空间和增大了机器人的负载。

那么，是否还有新的解决方案呢？尤其是当你面对的是一个塞满了108个电机的人形机器人….

Urata Leg, 图中白色管子为水冷结构

Courtesy of JSK Lab, the University of Tokyo

刚刚结束的IROS 2016，JSK Lab的研究者又给了我们新答案。他们利用人工“排汗”技术，为114个自由度的腱悟郎(Kengoro)机器人降温。这项研究也获得了IROS 2016 – Best Application Paper Award。

俯卧撑对电机性能要求很高，能做俯卧撑的人形机器人有一些，但是能连续做11分钟且电机工作一切正常的腱悟郎还是第一个。

Kengoro中go在日语里是5的意思，腱悟郎是JSK Lab的第五代肌肉骨骼人形机器人，是Kenshiro的后继。它身高1.7米，体重56千克，仿照人体骨骼和肌肉构造，全身共有惊人的108个电机，114个自由度！

这是什么概念呢？我们常见的波士顿动力的Atlas机器人有28个自由度，HRP-2有32个。腱悟郎是目前为止最接近人体的机器人。但是这样的设计也给控制带来了极大的困难。

第四代Kenshiro视频, 2013

Courtesy of IEEE Spectrum

对于腱悟郎，显然没有空间再去布置风扇散热器或者水冷管，于是研究者开始考虑如何利用机器人已有的结构，比如利用腱悟郎的金属骨架能否实现高效散热呢。他们的解决方案是允许水从电机附近的金属骨架渗出，通过挥发的方式带走电机产生的热量。就像人类的排汗过程一样！

这个设计依赖激光烧结技术，这是一种工业生产中常用技术，可简单理解为3D打印。在加工过程中通过改变激光的能量密度，实现了渗透性的控制。如渗透性差的区域非常平整紧实，渗透性强的区域有很大极小的孔和间隙。

加工后的材料示意，不同区域纹理区别很大

Courtesy of IEEE Spectrum

散热原理示意图

Courtesy of IEEE Spectrum

与水冷降温相比，排汗降温是一种被动式的降温方式，因此目前它的降温效果尚不如缠绕覆盖发热区域的水冷法。但比起风冷降温，研究者说已经取得了三倍的提升。对于耗水量，平均一杯水可以使它运行半天时间，就像人类一样。至于用在实际机器人的效果，视频中连续11分钟的俯卧撑就是最好的说服力。

这里还有一个小细节，Kengoro的脚部有分体式的脚趾，这也是全新的设计，具体请参考JSK Lab IROS 2015的另一篇论文。

由于本篇paper尚未公布，我们已有资料均来自IEEE Spectrum报道和之前发表的论文。我们在这里留下这篇新paper的信息，感兴趣读者可过段时间自行查阅。

Humanoid 2012 Kenshiro的设计者Nakanishi第一次提出”body simulator“的概念，将Kenshiro作为人的模拟器进行研究。具体来说，这种机器人可以看作脑科学研究最好的载体，通过它可以帮助分析大脑产生的信号是如何通过控制身体的每一块肌肉来控制肌肉；此外，它也可以做人类的替身，代替人从事危险实验，如IROS 2015 提到的代替人类参与汽车碰撞实验，从而帮助分析碰撞时的数据来提高汽车安全性。

不过，对于这些top的机器人研究者来说，做这件事的原因有一点就够了，就是“山就在那”。

第二代Kojiro视频, 2009

Courtesy of IEEE Spectrum

最后留一个小彩蛋。细心的读者会发现两个视频里穿足球衣的研究人员十分眼熟，没错他就是Nakanishi-san，也就是下面这位

谷歌(Alphabet)旗下SCHAFT机器人公司 CEO Yuto Nakanishi

（译文转自微信公众号机器人学家）