Carnegie Mellonin yliopiston tietojenkäsittelyoppilaitoksen ja Berkeleyn Kalifornian yliopiston tutkijat ovat suunnitelleet robottijärjestelmän, jonka avulla halpa robotti, jolla on suhteellisen pienet jalat, voi kiivetä ja laskeutua portaita lähellä sen korkeutta, kulkea kivisen, liukkaan, epätasaisen ja jyrkän. ja vaihtelevassa maastossa. Silta kuiluja, kuori kiviä ja reunakivejä ja työskentele jopa pimeässä.
"Pienille roboteille kyky kiivetä portaita ja käsitellä erilaisia ympäristöjä on ratkaisevan tärkeää kehittää robotteja, jotka ovat hyödyllisiä ihmisten kodeissa sekä etsintä- ja pelastusoperaatioissa", sanoi Deepak Pathak, apulaisprofessori Robotics Institutesta. . Robotit, jotka voivat suorittaa monia jokapäiväisiä tehtäviä."
Tiimi testasi robottia epätasaisilla portailla ja rinteillä julkisissa puistoissa, haastaa sen astumaan porraskivien ja liukkaiden pintojen yli ja pyysi sitä kiipeämään portaita, koska se oli yhtä pitkä kuin esteen yli hyppäävä ihminen. Robotti luottaa näkemykseensä ja pieneen tietokoneeseen sopeutuakseen nopeasti ja hallitsemaan haastavaa maastoa.
Tutkijat kouluttivat robotteja 4,000 kloonilla simulaattorissa, jossa he harjoittelivat kävelyä ja kiipeilyä haastavassa maastossa. Simulaattorin nopeuden ansiosta robotti saa kuuden vuoden kokemuksen yhdessä päivässä. Simulaattori tallensi myös koulutuksen aikana opittuja motorisia taitoja neuroverkkoon, jonka tutkijat toistivat todellisessa robotissa. Tämä lähestymistapa ei vaadi robotin liikkeen manuaalista suunnittelua -- toisin kuin perinteiset menetelmät.
Useimmat robottijärjestelmät käyttävät kameroita luodakseen kartan ympäristöstään ja käyttävät tätä karttaa liikkeiden suunnitteluun ennen suoritusta. Prosessi on hidas ja ongelmia syntyy usein kartoitusvaiheeseen sisältyvistä epäselvyyksistä, epätarkkuuksista tai väärinkäsityksistä, jotka vaikuttavat myöhempään suunnitteluun ja liikkumiseen. Kartoitus ja suunnittelu ovat hyödyllisiä korkean tason ohjaukseen keskittyneissä järjestelmissä, mutta eivät aina sovellu matalan tason taitojen dynaamisiin vaatimuksiin, kuten kävelyyn tai juoksemiseen haastavassa maastossa.
Uusi järjestelmä ohittaa kartoitus- ja suunnitteluvaiheet ja reitittää visuaalisen syötteen suoraan robotin ohjaukseen. Se, mitä robotti näkee, määrittää sen, kuinka se liikkuu. Edes tutkijat eivät täsmentäneet, miten jalkojen tulisi liikkua. Tämän tekniikan avulla robotti voi reagoida nopeasti vastaantulevaan maastoon ja liikkua sen läpi tehokkaasti.
Koska kartoitusta tai suunnittelua ei tarvita ja liikkeiden harjoittamiseen käytetään koneoppimista, itse robotit voivat olla edullisia. Ryhmän käyttämä robotti on vähintään 25 kertaa halvempi kuin olemassa olevat vaihtoehdot. Ryhmän algoritmilla on potentiaalia tehdä edullisia robotteja laajemmin saataville.
Ananye Agarwal, SCS:n koneoppimisen tohtoriopiskelija, sanoi: "Järjestelmä käyttää näkemystä ja kehosta tulevaa palautetta suoraan syötteenä robotin moottoreiden lähtökäskyihin. Tämä tekniikka tekee järjestelmästä erittäin vankan todellisessa maailmassa. Jos se luistaa portaissa se voi toipua. Se voi mennä tuntemattomiin ympäristöihin ja mukautua."
Tämä suora näkemys hallinnasta on biologisesti inspiroitunut. Ihmiset ja eläimet käyttävät näkökykyä liikkumiseen. Kokeile juosta tai tasapainottaa silmät kiinni. Ryhmän aiempi tutkimus on osoittanut, että sokeat robotit (ilman kameroita) voivat valloittaa haastavan maaston, mutta näön lisääminen ja siihen luottaminen voivat parantaa järjestelmää huomattavasti.
Ryhmä etsi myös muita järjestelmän elementtejä luonnosta. Alle jalkaa pitkälle pienelle robotille kiivetäkseen portaita tai lähellä sen korkeutta olevia esteitä se oppi omaksumaan liikkeitä, joita ihmiset käyttävät ylittäessään korkeita esteitä. Kun henkilön on nostettava jalkansa korkealle kiivetäkseen askelmalle tai esteelle, se käyttää lantiota jalkojen siirtämiseen pois tieltä, jota kutsutaan abduktioksi ja adduktioksi, mikä antaa sille enemmän tilaa. Sama pätee Pathakin tiimin suunnittelemaan robottijärjestelmään, joka käyttää lonkkakaappausta esteiden voittamiseksi, jotka estävät joitakin markkinoiden edistyneimmistä jalkarobottijärjestelmistä.
Myös nelijalkaisen takajalkojen liike inspiroi joukkuetta. Kun kissa liikkuu esteen läpi, sen takajalat välttävät samoja esineitä kuin etujalat ilman lähellä olevan silmäparin apua. "Nelijalkaisilla eläimillä on muisti, jonka avulla niiden takajalat voivat seurata etujalkojaan. Järjestelmämme toimii samalla tavalla", Pathak sanoi. Järjestelmän sisäisen muistin avulla takajalat muistavat, mitä etukamera näkee, ja liikkuvat välttääkseen esteitä.
"Koska ei ole karttaa, ei suunnittelua, järjestelmämme muistaa maaston ja kuinka se liikkuu etujaloillaan ja muuntaa sen takajaloiksi, ja tekee sen niin nopeasti ja täydellisesti", sanoi tohtori Ashish Kumar. opiskelija Berkeleyssä. Tämä tutkimus voisi olla iso askel kohti olemassa olevien haasteiden ratkaisemista jalkarobottien avulla ja tuoda ne ihmisten koteihin.