الروبوتات
يعمل نظام RoboGrammar على أتمتة تصميم الروبوت وتحسينه
يحدد شكل الروبوت أنواع المهام التي يمكن أن يؤديها والبيئة التي يمكن أن يعمل فيها. مع القيود التكنولوجية الحالية ، لا توجد طريقة لبناء واختبار كل شكل ، ولكن النظام الجديد الذي طوره باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يسمح بهذه الأشكال العديدة ليتم محاكاته. بعد عمليات المحاكاة ، يمكن اختيار أفضلهم من المجموعة.
يُطلق على النظام الجديد اسم RoboGrammar ، والخطوة الأولى هي إعلامه بأنواع أجزاء الروبوت المتوفرة ، مثل العجلات والمفاصل. ثم تشير بعد ذلك إلى نوع التضاريس التي سيعمل عليها الروبوت ، ولكن هذا هو الأساس. يقوم RoboGrammar بعد ذلك بإنشاء هيكل محسن وبرنامج تحكم.
تطوير مجال التصميم الآلي
يعد النظام الجديد خطوة كبيرة إلى الأمام في مجال متقدم لا يزال يدويًا في الغالب.
ألان تشاو هو المؤلف الرئيسي للبحث وطالب دكتوراه في مختبر MIT لعلوم الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي (CSAIL).
يقول تشاو: "لا يزال تصميم الروبوت عملية يدوية للغاية". يعد نظام RoboGrammar "طريقة لابتكار تصميمات روبوت جديدة أكثر إبداعًا يمكن أن تكون أكثر فعالية".
ومن المقرر تقديم البحث في مؤتمر SIGGRAPH Asia هذا الشهر.
وفقًا لـ Zhao ، تم تصميم الروبوتات لجميع أنواع المهام ولكن "جميعها تميل إلى أن تكون متشابهة جدًا في شكلها العام وتصميمها. عندما تفكر في بناء روبوت يحتاج إلى عبور تضاريس مختلفة ، فإنك تقفز على الفور إلى رباعي الأرجل. كنا نتساءل عما إذا كان هذا هو التصميم الأمثل حقًا ".
يعتقد الفريق أن التصميم الجديد والأكثر إبداعًا يمكن أن يؤدي إلى نتائج أفضل ويحسن الوظائف ، ولهذا السبب قاموا ببناء نموذج كمبيوتر للمهام. لم يتأثر النظام بالاتفاقية السابقة وكانت هناك بعض القواعد المطبقة.
كتب Zhao أن مجموعة أشكال الروبوت الممكنة "تتكون أساسًا من تصميمات لا معنى لها. إذا كان بإمكانك فقط توصيل الأجزاء بطرق عشوائية ، فسينتهي بك الأمر بخلط ".
قواعد الرسم البياني
شرع الفريق في تطوير "قواعد الرسم البياني" ، والتي تقيد كيفية ترتيب مكونات الروبوت. هذا فقط بحيث يعمل كل تصميم تم إنشاؤه بواسطة الكمبيوتر على المستوى الأساسي ، مع وجود قيود مثل عدم القدرة على توصيل أجزاء الساق ببعضها البعض بدلاً من المفاصل.
كان Zhao مستوحى من الحيوانات ، وتحديداً المفصليات ، عند تصميم قواعد قواعد الرسم البياني.
تتميز مفصليات الأرجل "بوجود جسم مركزي به عدد متغير من الأجزاء. يقول تشاو: "قد تكون هناك أرجل متصلة ببعض الأجزاء". "وقد لاحظنا أن هذا يكفي لوصف ليس فقط المفصليات ولكن أيضًا الأشكال الأكثر شيوعًا."
من خلال استخدام قواعد الرسم البياني ، تعمل قواعد RoboGrammar في ثلاث خطوات. أولا ، تحدد المشكلة. ثانيًا ، يصمم حلولًا آلية ممكنة. ثالثًا ، يختار الأفضل منها.
المستخدمون البشريون مسؤولون عن تعريف المشكلة وإدخال مجموعة المكونات الروبوتية المتاحة ، مثل المحركات والأرجل ومقاطع التوصيل. يقوم المستخدم أيضًا بإدخال نوع التضاريس التي سيعمل عليها الروبوت.
يقول Zhao: "هذا هو المفتاح للتأكد من إمكانية بناء الروبوتات النهائية في العالم الحقيقي".
مئات الآلاف من الهياكل
يأخذ RoboGrammar القواعد النحوية للرسم البياني ويصمم مئات الآلاف من هياكل الروبوت الممكنة ، بمظاهر مختلفة مختلفة.
يقول Zhao: "لقد كان ملهمًا لنا أن نرى مجموعة متنوعة من التصاميم". "إنه يظهر بالتأكيد التعبير النحوي."
ومع ذلك ، ليست كل التصميمات جيدة ، واختيار أفضل وسيلة يجب تقييم حركات ووظيفة كل روبوت.
يقول تشاو: "حتى الآن ، هذه الروبوتات مجرد هياكل".
طور الفريق وحدة تحكم لكل روبوت من خلال خوارزمية تسمى التحكم التنبئي النموذجي ، والتي تعطي الأولوية للحركة السريعة للأمام ، وهذا ما يطور الهياكل.
يقول Zhao: "إن الشكل والتحكم في الروبوت متشابكان بشدة ، ولهذا السبب يتعين علينا تحسين وحدة التحكم لكل روبوت على حدة".
يستخدم الباحثون بعد ذلك خوارزمية الشبكة العصبية للعثور على روبوتات عالية الأداء. تقوم الخوارزمية بأخذ عينات وتقييم مجموعات مختلفة من الروبوتات وتتعرف على التصميمات التي تعمل من أجل أي مهام.
كل ما يتم ذكره حتى هذه النقطة يحدث دون تدخل بشري.
يقول هود ليبسون ، مهندس ميكانيكي وعالم كمبيوتر في جامعة كولومبيا: "هذا العمل هو تتويج للسعي الذي دام 25 عامًا لتصميم التشكل والتحكم في الروبوتات تلقائيًا". لم يشارك في البحث. "فكرة استخدام القواعد النحوية كانت موجودة منذ فترة ، ولكن لم يتم تنفيذ هذه الفكرة في أي مكان بشكل جميل كما في هذا العمل. بمجرد أن نتمكن من جعل الآلات تصمم الروبوتات وتصنعها وبرمجتها تلقائيًا ، يتم إيقاف جميع الرهانات ".
وفقًا لـ Zhao ، يعد RoboGrammar "أداة لمصممي الروبوتات لتوسيع مساحة هياكل الروبوت التي يعتمدون عليها".
يخطط الفريق الآن لبناء واختبار بعض الروبوتات في العالم الحقيقي ، ويقول Zhao إن النظام يمكن أن يتجاوز عبور التضاريس وإلى مناطق مثل العوالم الافتراضية.
"لنفترض في لعبة فيديو أنك أردت إنشاء الكثير من أنواع الروبوتات ، دون أن يكون لديك فنان لإنشاء كل منها. يقول Zhao: "ستعمل RoboGrammar من أجل ذلك على الفور تقريبًا".
