Cercetătorii de la Școala de Informatică a Universității Carnegie Mellon și de la Universitatea din California, Berkeley au proiectat un sistem robotic care permite unui robot ieftin, cu picioare relativ mici, să urce și să coboare scări aproape de înălțimea sa, să traverseze stâncos, alunecos, neuniform, abrupt. și teren variat. Poduri prăpastii, decojiți pietre și borduri și chiar lucrați în întuneric.
„Oferirea roboților mici a capacității de a urca scările și de a gestiona o varietate de medii este esențială pentru dezvoltarea roboților care sunt utili în casele oamenilor, precum și în operațiunile de căutare și salvare”, a declarat Deepak Pathak, profesor asistent la Institutul de Robotică. . Roboți care pot îndeplini multe sarcini de zi cu zi.”
Echipa a pus robotul la încercare, testându-l pe scări neuniforme și dealuri în parcuri publice, provocându-l să treacă peste pietre și suprafețe alunecoase și cerându-i să urce scări pentru că era la fel de înalt ca un om care sare peste un obstacol. Robotul se bazează pe viziunea sa și pe un mic computer de bord pentru a se adapta rapid și a stăpâni terenurile provocatoare.
Cercetătorii au antrenat roboții cu 4000 clone într-un simulator, unde au exersat mersul pe jos și cățăratul pe terenuri dificile. Viteza simulatorului permite robotului să câștige șase ani de experiență într-o singură zi. Simulatorul a stocat, de asemenea, abilitățile motorii învățate în timpul antrenamentului în rețeaua neuronală, pe care cercetătorii le-au replicat pe robotul real. Această abordare nu necesită nicio inginerie manuală a mișcării robotului -- spre deosebire de metodele tradiționale.
Majoritatea sistemelor robotizate folosesc camere pentru a crea o hartă a împrejurimilor și folosesc această hartă pentru a planifica mișcările înainte de execuție. Procesul este lent, iar problemele apar adesea din cauza ambiguității, inexactităților sau neînțelegerilor inerente fazei de cartografiere, care afectează planificarea și deplasarea ulterioară. Cartografierea și planificarea sunt utile în sistemele axate pe control la nivel înalt, dar nu sunt întotdeauna potrivite pentru cerințele dinamice ale abilităților de nivel scăzut, cum ar fi mersul pe jos sau alergarea pe teren provocator.
Noul sistem ocolește etapele de cartografiere și planificare și direcționează direct intrarea vizuală către controlul robotului. Ceea ce vede robotul determină modul în care se mișcă. Nici măcar cercetătorii nu au precizat cum ar trebui să se miște picioarele. Această tehnologie permite robotului să răspundă rapid la terenul care se apropie și să se deplaseze eficient prin el.
Deoarece nu este necesară cartografierea sau planificarea, iar învățarea automată este utilizată pentru a antrena mișcările, roboții înșiși pot fi ieftini. Robotul folosit de echipa este de cel puțin 25 de ori mai ieftin decât alternativele existente. Algoritmul echipei are potențialul de a face roboții cu costuri reduse mai disponibili.
Ananye Agarwal, doctorand în învățarea automată la SCS, a declarat: „Sistemul folosește viziunea și feedback-ul din corp direct ca intrare pentru a ieși comenzi către motoarele robotului. Această tehnică face sistemul foarte robust în lumea reală. Dacă alunecă pe scări, se poate recupera. Poate merge în medii necunoscute și se poate adapta.”
Această viziune directă a controlului este inspirată din punct de vedere biologic. Oamenii și animalele folosesc vederea pentru a se mișca. Încercați să alergați sau să vă echilibrați cu ochii închiși. Cercetările anterioare ale echipei au arătat că roboții orbi (cei fără camere) pot cuceri terenuri provocatoare, dar adăugarea de viziune și baza pe ea poate îmbunătăți foarte mult sistemul.
Echipa a căutat și în natură și alte elemente ale sistemului. Pentru ca un robot mic de mai puțin de un picior înălțime să urce scări sau obstacole apropiate de înălțimea sa, a învățat să adopte mișcările pe care oamenii le folosesc pentru a păși peste obstacole înalte. Când o persoană trebuie să-și ridice picioarele sus pentru a escalada o treaptă sau un obstacol, folosește șoldurile pentru a deplasa picioarele din drum, numite abducție și aducție, ceea ce îi oferă mai mult spațiu. Același lucru este valabil și pentru sistemul robotizat conceput de echipa lui Pathak, care folosește abducția șoldului pentru a depăși obstacolele care împiedică unele dintre cele mai avansate sisteme robotizate cu picioare de pe piață.
Mișcarea picioarelor din spate ale patrupedului a inspirat și echipa. Când o pisică trece printr-un obstacol, picioarele din spate evită aceleași obiecte ca și picioarele din față, fără ajutorul unei perechi de ochi din apropiere. „Animalele cu patru picioare au o memorie care le permite picioarelor din spate să-și urmărească picioarele din față. Sistemul nostru funcționează într-un mod similar”, a spus Pathak. Memoria integrată a sistemului permite picioarelor din spate să-și amintească ceea ce vede camera frontală și să manevreze pentru a evita obstacolele.
„Deoarece nu există nicio hartă, nicio planificare, sistemul nostru își amintește terenul și cum își mișcă picioarele din față și îl transformă în picioarele din spate și o face atât de rapid și perfect”, a spus Ashish Kumar, Ph.D. student la Berkeley. Această cercetare ar putea fi un pas mare către rezolvarea provocărilor existente cu roboții cu picioare și aducerea lor în casele oamenilor.