Algorithmen ermöglichen es Robotern, Hindernissen auszuweichen und in der Wildnis zu laufen

Ein Team von Forschern an der University of California – San Diego hat ein neues System von Algorithmen entwickelt, das es vierbeinigen Robotern ermöglicht, in der Wildnis zu gehen und zu laufen. Die Roboter können sich durch anspruchsvolles und komplexes Gelände bewegen und statische und bewegliche Hindernisse vermeiden. 

Das Team führte Tests durch, bei denen ein Roboter von dem System gesteuert wurde, um autonom und schnell über sandige Oberflächen, Schotter, Gras und holprige Hügel mit Ästen und herabgefallenen Blättern zu manövrieren. Gleichzeitig konnte er vermeiden, gegen Pfähle, Bäume, Sträucher, Felsen, Bänke und Menschen zu stoßen. Der Roboter demonstrierte auch die Fähigkeit, einen belebten Bürokomplex ohne Zusammenstöße mit verschiedenen Hindernissen zu durchqueren. 

Aufbau effizienter vierbeiniger Roboter

Das neue System bedeutet, dass Forscher näher als je zuvor daran sind, effiziente Roboter für Such- und Rettungsmissionen oder Roboter für die Informationsgewinnung in schwer zugänglichen oder gefährlichen Bereichen für Menschen zu bauen. 

Die Arbeit soll auf der 2022 International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) vom 23. bis 27. Oktober in Kyoto, Japan, präsentiert werden. 

Das System gibt dem Roboter mehr Vielseitigkeit aufgrund der Kombination des Sehsinns des Roboters mit der Propriozeption, die eine andere Sinnesmodalität ist, die den Bewegungssinn, die Richtung, die Geschwindigkeit, den Ort und den Tastsinn des Roboters umfasst. 

Die meisten der aktuellen Ansätze, um vierbeinige Roboter zum Gehen und Navigieren zu trainieren, verwenden entweder Propriozeption oder Sehsinn. Beides wird jedoch nicht gleichzeitig verwendet. 

Kombination von Propriozeption mit Computer-Vision

Xiaolong Wang ist Professor für Elektrotechnik und Informatik an der UC San Diego Jacobs School of Engineering. 

“In einem Fall ist es wie das Trainieren eines blinden Roboters, der nur durch Berühren und Fühlen des Bodens geht. Und in dem anderen Fall plant der Roboter seine Beinbewegungen allein aufgrund des Sehsinns. Er lernt nicht zwei Dinge gleichzeitig”, sagte Wang. “In unserer Arbeit kombinieren wir Propriozeption mit Computer-Vision, um es einem vierbeinigen Roboter zu ermöglichen, effizient und geschmeidig zu bewegen und Hindernisse in einer Vielzahl von anspruchsvollen Umgebungen zu vermeiden, nicht nur in gut definierten.” 

Das von dem Team entwickelte System basiert auf einem speziellen Satz von Algorithmen, um Daten aus Echtzeitbildern, die von einer Tiefenkamera auf dem Kopf des Roboters aufgenommen wurden, mit Daten von Sensoren an den Beinen des Roboters zu kombinieren. 

Allerdings sagte Wang, dass dies eine komplexe Aufgabe sei. 

“Das Problem ist, dass es während des realen Betriebs manchmal eine leichte Verzögerung bei der Übertragung von Bildern von der Kamera gibt, so dass die Daten aus den beiden verschiedenen Sinnesmodalitäten nicht immer zur gleichen Zeit ankommen”, erklärte er. 

Das Team begegnete dieser Herausforderung, indem es die Diskrepanz durch Zufallsverteilung der beiden Sätze von Eingaben simuliert. Die Forscher bezeichnen diese Technik als Multi-Modal-Delay-Randomisierung, und sie verwendeten die verwendeten und randomisierten Eingaben, um eine Verstärkungslernpolitik zu trainieren. Der Ansatz ermöglichte es dem Roboter, schnell Entscheidungen zu treffen, während er navigierte, sowie Veränderungen in seiner Umgebung vorherzusagen. Diese Fähigkeiten ermöglichten es dem Roboter, sich auf verschiedenen Arten von Gelände zu bewegen und Hindernisse zu vermeiden, alles ohne Hilfe eines menschlichen Bedieners. 

Das Team wird nun daran arbeiten, vierbeinige Roboter vielseitiger zu machen, damit sie in noch komplexeren Umgebungen operieren können. 

“Im Moment können wir einen Roboter trainieren, um einfache Bewegungen wie Gehen, Laufen und Hindernisse zu vermeiden”, sagte Wang. “Unser nächstes Ziel ist es, einen Roboter zu ermöglichen, Treppen hinauf und hinunter zu gehen, auf Steinen zu laufen, die Richtung zu ändern und über Hindernisse zu springen.”