Edullinen robotti, joka on valmis mihin tahansa esteeseen

Carnegie Mellonin yliopiston tietojenkäsittelytieteiden koulun ja Kalifornian yliopiston Berkeleyssä tutkijat ovat suunnitelleet robottijärjestelmän, jonka avulla edullinen ja suhteellisen pienijalkainen robotti voi kiivetä ja laskeutua portaista lähes sen korkeudelle; kulkea kivisessä, liukkaassa, epätasaisessa, jyrkässä ja vaihtelevassa maastossa; kävellä aukkojen yli; kivet ja reunakivet; ja jopa toimia pimeässä.

"Pienten robottien antaminen kiipeämään portaissa ja käsittelemään erilaisia ​​ympäristöjä on ratkaisevan tärkeää sellaisten robottien kehittämisessä, jotka ovat hyödyllisiä ihmisten kodeissa sekä etsintä- ja pelastusoperaatioissa", sanoi Deepak Pathak, Robotics Instituten apulaisprofessori. "Tämä järjestelmä luo vankan ja mukautuvan robotin, joka pystyy suorittamaan monia jokapäiväisiä tehtäviä."

Tiimi laittoi robotin vauhtiin testaamalla sitä epätasaisilla portailla ja rinteillä julkisissa puistoissa, haastaen sen kävelemään ponnahduskivien ja liukkaiden pintojen yli ja pyytämään sitä kiipeämään portaita, jotka korkeudeltaan olisivat ihmisen hyppäämistä. este. Robotti sopeutuu nopeasti ja hallitsee haastavan maaston visioonsa ja pieneen ajotietokoneeseen luottamalla.

Tutkijat kouluttivat robotin sen 4,000 XNUMX kloonilla simulaattorissa, jossa he harjoittelivat kävelyä ja kiipeilyä haastavassa maastossa. Simulaattorin nopeuden ansiosta robotti sai kuuden vuoden kokemuksen yhdessä päivässä. Simulaattori tallensi myös harjoittelun aikana oppimansa motoriset taidot neuroverkkoon, jonka tutkijat kopioivat oikeaan robottiin. Tämä lähestymistapa ei vaatinut robotin liikkeitä käsin - poikkeama perinteisistä menetelmistä.

Useimmat robottijärjestelmät käyttävät kameroita luodakseen kartan ympäröivästä ympäristöstä ja käyttävät tätä karttaa suunnitellakseen liikkeitä ennen niiden suorittamista. Prosessi on hidas ja voi usein horjua kartoitusvaiheen luontaisen sumeuden, epätarkkuuksien tai väärinkäsitysten vuoksi, jotka vaikuttavat myöhempään suunnitteluun ja liikkeisiin. Kartoitus ja suunnittelu ovat hyödyllisiä järjestelmissä, jotka keskittyvät korkean tason ohjaukseen, mutta eivät aina sovellu matalan tason taitojen, kuten kävelyn tai juoksemisen, dynaamisiin vaatimuksiin haastavissa maastoissa.

Uusi järjestelmä ohittaa kartoitus- ja suunnitteluvaiheet ja reitittää näkösyötteet suoraan robotin ohjaukseen. Se, mitä robotti näkee, määrittää sen, kuinka se liikkuu. Edes tutkijat eivät määrittele, miten jalkojen tulisi liikkua. Tämän tekniikan avulla robotti voi reagoida nopeasti vastaantulevaan maastoon ja liikkua sen läpi tehokkaasti.

Koska siihen ei liity kartoitusta tai suunnittelua ja liikkeet harjoitellaan koneoppimisen avulla, itse robotti voi olla edullinen. Ryhmän käyttämä robotti oli vähintään 25 kertaa halvempi kuin saatavilla olevat vaihtoehdot. Tiimin algoritmilla on potentiaalia saada edullisia robotteja paljon laajemmin saataville.

"Tämä järjestelmä käyttää näkemystä ja kehon palautetta suoraan syötteenä robotin moottoreiden lähtökomentoihin", sanoi Ananye Agarwal, SCS:n tohtori. koneoppimisen opiskelija. ”Tämä tekniikka mahdollistaa järjestelmän olevan erittäin vankka todellisessa maailmassa. Jos se liukastuu portaissa, se voi toipua. Se voi mennä tuntemattomiin ympäristöihin ja sopeutua."

Tämä suora näkemys hallintaan on biologisesti inspiroitunut. Ihmiset ja eläimet käyttävät näkökykyä liikkumiseen. Kokeile juosta tai tasapainottaa silmät kiinni. Ryhmän aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että sokeat robotit – robotit ilman kameroita – voivat valloittaa haastavan maaston, mutta näön lisääminen ja siihen luottaminen parantaa järjestelmää huomattavasti.

Ryhmä katsoi luontoon myös muita järjestelmän elementtejä. Pienelle robotille – tässä tapauksessa alle jalan korkeudelle – portaita tai esteitä lähes sen korkeudelle mittaavalle robotille se oppi omaksumaan liikkeen, jolla ihmiset astuvat korkeiden esteiden yli. Kun ihmisen on nostettava jalkansa korkealle skaalatakseen reunaa tai estettä, se käyttää lantiota siirtääkseen jalkansa sivulle, jota kutsutaan abduktioksi ja adduktioksi, mikä antaa sille enemmän tilaa. Pathakin tiimin suunnittelema robottijärjestelmä tekee saman käyttämällä lonkkakaappausta esteiden poistamiseen, jotka kompastavat joitain markkinoiden edistyneimmistä jalkarobottijärjestelmistä.

Myös nelijalkaisten eläinten takajalkojen liike inspiroi joukkuetta. Kun kissa liikkuu esteiden läpi, sen takajalat välttelevät samoja esineitä kuin etujalat ilman, että lähistöllä olevat silmät hyötyvät. ”Nelijalkaisilla eläimillä on muisti, jonka avulla niiden takajalat voivat seurata etujalkoja. Järjestelmämme toimii samalla tavalla”, Pathak sanoi. Järjestelmän sisäisen muistin avulla takajalat muistavat, mitä etukamera sahasi, ja liikkuvat välttääkseen esteitä.

"Koska ei ole karttaa, ei suunnittelua, järjestelmämme muistaa maaston ja sen, kuinka se liikutti etuosuutta ja kääntää tämän takaosaan, mikä tekee sen nopeasti ja virheettömästi", sanoi tohtori Ashish Kumar. opiskelija Berkeleyssä.

Tutkimus voisi olla suuri askel kohti olemassa olevien jalkaisten robottien haasteiden ratkaisemista ja niiden tuomista ihmisten koteihin. Pathakin, Berkeleyn professorin Jitendra Malikin, Agarwalin ja Kumarin kirjoittama paperi "Legged Locomotion in Challenging Terrains Using Egocentric Vision" esitellään tulevassa Robot Learning -konferenssissa Aucklandissa, Uudessa-Seelannissa.

Video: https://youtu.be/N70CqROzwxI