Robot berbiaya rendah yang siap menghadapi rintangan apa pun

Para peneliti di Fakultas Ilmu Komputer Universitas Carnegie Mellon dan Universitas California, Berkeley, telah merancang sistem robot yang memungkinkan robot berbiaya rendah dan berkaki relatif kecil untuk menaiki dan menuruni tangga mendekati ketinggiannya; melintasi medan yang berbatu, licin, tidak rata, terjal, dan bervariasi; berjalan melintasi celah; batu berskala dan tepi jalan; dan bahkan beroperasi dalam kegelapan.

“Memberdayakan robot kecil untuk menaiki tangga dan menangani berbagai lingkungan sangat penting untuk mengembangkan robot yang akan berguna di rumah-rumah penduduk serta operasi pencarian dan penyelamatan,” kata Deepak Pathak, asisten profesor di Institut Robotika. “Sistem ini menciptakan robot yang kuat dan mudah beradaptasi yang dapat melakukan banyak tugas sehari-hari.”

Tim menguji robot tersebut pada langkah-langkahnya, mengujinya di tangga yang tidak rata dan lereng bukit di taman umum, menantangnya untuk berjalan melintasi batu loncatan dan permukaan yang licin, dan memintanya untuk menaiki tangga yang tingginya setara dengan lompatan manusia. sebuah rintangan. Robot ini beradaptasi dengan cepat dan menguasai medan yang menantang dengan mengandalkan penglihatannya dan komputer kecil di dalamnya.

Para peneliti melatih robot dengan 4,000 klonnya dalam sebuah simulator, di mana mereka berlatih berjalan dan memanjat di medan yang menantang. Kecepatan simulator memungkinkan robot memperoleh pengalaman enam tahun dalam satu hari. Simulator tersebut juga menyimpan keterampilan motorik yang dipelajari selama pelatihan di jaringan saraf yang kemudian disalin oleh para peneliti ke robot sebenarnya. Pendekatan ini tidak memerlukan rekayasa tangan apa pun pada gerakan robot – sebuah penyimpangan dari metode tradisional.

Kebanyakan sistem robot menggunakan kamera untuk membuat peta lingkungan sekitar dan menggunakan peta tersebut untuk merencanakan pergerakan sebelum melaksanakannya. Prosesnya lambat dan seringkali tersendat karena ketidakjelasan, ketidakakuratan, atau kesalahan persepsi pada tahap pemetaan yang mempengaruhi perencanaan dan pergerakan selanjutnya. Pemetaan dan perencanaan berguna dalam sistem yang berfokus pada pengendalian tingkat tinggi namun tidak selalu sesuai untuk kebutuhan dinamis keterampilan tingkat rendah seperti berjalan atau berlari di medan yang menantang.

Sistem baru ini melewati fase pemetaan dan perencanaan dan langsung mengarahkan input visi ke kendali robot. Apa yang dilihat robot menentukan cara bergeraknya. Bahkan para peneliti tidak merinci bagaimana kaki harus bergerak. Teknik ini memungkinkan robot bereaksi terhadap medan yang datang dengan cepat dan melewatinya secara efektif.

Karena tidak ada pemetaan atau perencanaan yang terlibat dan gerakan dilatih menggunakan pembelajaran mesin, robot itu sendiri bisa jadi berbiaya rendah. Robot yang digunakan tim setidaknya 25 kali lebih murah dibandingkan alternatif yang tersedia. Algoritme tim ini berpotensi membuat robot berbiaya rendah tersedia lebih luas.

“Sistem ini menggunakan penglihatan dan umpan balik dari tubuh secara langsung sebagai masukan hingga perintah keluaran ke motor robot,” kata Ananye Agarwal, Ph.D. siswa dalam pembelajaran mesin. “Teknik ini memungkinkan sistem menjadi sangat kuat di dunia nyata. Jika terpeleset di tangga, ia bisa pulih. Ia bisa masuk ke lingkungan yang tidak diketahui dan beradaptasi.”

Aspek visi-ke-kontrol langsung ini terinspirasi secara biologis. Manusia dan hewan menggunakan penglihatan untuk bergerak. Cobalah berlari atau menyeimbangkan diri dengan mata tertutup. Penelitian sebelumnya dari tim telah menunjukkan bahwa robot buta – robot tanpa kamera – dapat menaklukkan medan yang menantang, namun menambahkan visi dan mengandalkan visi tersebut akan sangat meningkatkan sistem.

Tim juga melihat ke alam untuk elemen lain dari sistem. Untuk robot kecil – dalam hal ini tingginya kurang dari satu kaki – untuk menaiki tangga atau rintangan yang mendekati ketinggiannya, ia belajar mengadopsi gerakan yang digunakan manusia untuk melangkahi rintangan yang tinggi. Ketika manusia harus mengangkat kakinya tinggi-tinggi untuk menaiki langkan atau rintangan, ia menggunakan pinggulnya untuk menggerakkan kakinya ke samping, yang disebut abduksi dan adduksi, sehingga memberikan jarak lebih jauh. Sistem robot yang dirancang oleh tim Pathak melakukan hal yang sama, menggunakan penculikan pinggul untuk mengatasi rintangan yang membuat beberapa sistem robot berkaki paling canggih di pasaran tersandung.

Pergerakan kaki belakang hewan berkaki empat pun menginspirasi tim. Saat kucing bergerak melewati rintangan, kaki belakangnya menghindari benda yang sama seperti kaki depannya tanpa memanfaatkan sepasang mata di dekatnya. “Hewan berkaki empat memiliki ingatan yang memungkinkan kaki belakangnya melacak kaki depannya. Sistem kami bekerja dengan cara yang sama” kata Pathak. Memori onboard sistem memungkinkan kaki belakang mengingat apa yang dilihat kamera di depan dan bermanuver untuk menghindari rintangan.

“Karena tidak ada peta, tidak ada perencanaan, sistem kami mengingat medan dan bagaimana ia menggerakkan kaki depan dan menerjemahkannya ke kaki belakang, melakukannya dengan cepat dan tanpa cacat,” kata Ashish Kumar, seorang Ph.D. mahasiswa di Berkeley.

Penelitian ini bisa menjadi langkah besar untuk memecahkan tantangan yang dihadapi robot berkaki dan membawanya ke rumah-rumah masyarakat. Makalah “Penggerak Berkaki dalam Medan yang Menantang Menggunakan Visi Egosentris,” yang ditulis oleh profesor Pathak, Berkeley, Jitendra Malik, Agarwal dan Kumar, akan dipresentasikan pada Konferensi Pembelajaran Robot mendatang di Auckland, Selandia Baru.

Video: https://youtu.be/N70CqROzwxI