Nízkorozpočtový robot zvládá téměř jakoukoli překážku

Tým výzkumníků navrhl robotický systém, který umožňuje nízkorozpočtovému, malému robotu s nohama zvládat téměř jakoukoli překážku nebo terén. Robot může lézt a sestupovat po schodech téměř stejné výšky nebo se pohybovat po skalnatém, kluzkém, nerovném, strmém a různorodém terénu. Může také chodit přes mezery, šplhat po skalách a fungovat ve tmě.

Projekt vývoje tohoto systému byl proveden výzkumníky na Carnegie Mellon University’s School of Computer Science a University of California, Berkeley.

Pověření malých robotů novými dovednostmi

Deepak Pathak je asistent profesora na Robotics Institute.

„Pověření malých robotů, aby lezly po schodech a zvládaly různé prostředí, je zásadní pro vývoj robotů, které budou užitečné v domácnostech i při záchranných operacích,“ řekl Pathak. „Tento systém vytváří robustního a přizpůsobivého robota, který by mohl vykonávat mnoho každodenních úkolů.“

Robot byl testován na nerovných schodech a svahu v veřejných parcích, což otestovalo jeho schopnost chodit po kameních a po kluzkých površích. Byl také zadán úkol lézt po schodech, které by byly pro člověka ekvivalentem přeskočení překážky. Robot dosahuje působivou schopnost rychle se přizpůsobit a zvládnout terén pomocí svého vidění a malého palubního počítače.

Robot byl trénován s 4 000 klonů v simulátoru. Tyto klony cvičily chůzi a lezení komplexního terénu a rychlost simulátoru umožnila robotu získat šest let zkušeností za jediný den.

Motorické dovednosti získané během tréninku byly uloženy simulátorem v neuronové síti, kterou výzkumníci poté zkopírovali do skutečného robota. Tento inovativní přístup znamenal, že nebylo nutné ručně nastavovat pohyb robota.

Mnohé dnešní robotické systémy spoléhají na kamery, které vytvářejí mapu okolního prostředí, která se poté používá k plánování pohybů robota před jejich provedením. Tento proces však může být pomalý a náchylný k chybám kvůli nesprávnostem nebo špatnému vnímání ve fázi mapování. Tyto nesprávnosti mohou mít dopad na plánování a pohyby.

Zatímco mapování a plánování jsou užitečné pro systémy zaměřené na vysokou úroveň řízení, nejsou vždy nejlepší pro dynamické požadavky nízké úrovně dovedností, jako je chůze nebo běh.

Účinné a rychlé manévrování

Nově vyvinutý robotický systém přeskočí fázi mapování a plánování a přímo směruje vstupy z vidění do řízení robota. To znamená, že robot vidí a pohybuje se podle toho. Průlomová technika umožňuje robotu reagovat na komplexní terén velmi rychle a účinně.

Pohyby robota jsou trénovány pomocí strojového učení, což činí robota nízkorozpočtovým. Testovaný robot byl alespoň 25krát levnější než alternativy na trhu. Podle týmu by jejich algoritmus mohl učinit nízkorozpočtové roboty mnohem dostupnějšími.

Ananye Agarwal je student doktorského studia na SCS v oblasti strojového učení.

„Tento systém používá vidění a zpětnou vazbu z těla přímo jako vstup pro výstupní příkazy motorů robota,“ řekl Agarwal. „Tato technika umožňuje systému být velmi robustní ve skutečném světě. Pokud robot uklouzně na schodech, může se zotavit. Může jít do neznámých prostředí a přizpůsobit se.“

Robotický systém byl silně inspirován přírodou. Pro robota velikosti menší než stopa naučil se adoptovat pohyby, které lidé používají k překonání vysokých překážek, aby mohl lézt po schodech nebo překonávat překážky stejné výšky. Systém používá abdukci kyčle, aby překonal překážky, které jsou i pro nej pokročilejší robotické systémy s nohama dostupné.

Tým se také inspiroval čtyřnohými zvířaty.

„Čtyřnohá zvířata mají paměť, která umožňuje jejich zadním nohám sledovat přední nohy. Naše systém funguje podobným způsobem,“ řekl Pathak.

Palubní paměť umožňuje zadním nohám zapamatovat si, co viděla kamera, a tak jim pomáhá překonávat překážky.

Ashish Kumar je student doktorského studia na Berkeley.

„Jelikož není mapa, není plán, náš systém si pamatuje terén a jak se pohyboval přední nohou, a překládá to na zadní nohu, dělá to rychle a bezchybně,“ říká Kumar.

Nový výzkum by mohl sehrát velkou roli při řešení některých z hlavních výzev souvisejících s roboty s nohama. Mohl by dokonce pomoci vést k jejich použití v domácnostech.