Autonomer Roboter findet und öffnet Türen, während er sich selbst auflädt

Ein Team von Ingenieurstudenten an der University of Cincinnati baut einen autonomen Roboter, der seine eigenen Türen öffnen und den nächsten elektrischen Wandstecker finden kann, was es ihm ermöglicht, sich ohne menschliche Hilfe aufzuladen.

Die neue Studie wurde im Journal IEEE Access veröffentlicht.

Türen – Ein Robots größtes Hindernis

Eines der größten Hindernisse für Roboter sind Türen.

Ou Ma ist ein Professor für Luft- und Raumfahrttechnik an der University of Cincinnati.

“Roboter können viele Dinge tun, aber wenn man einen Roboter haben möchte, der eine Tür selbst öffnet und durch die Tür geht, ist das eine enorme Herausforderung”, sagte Ma.

Das Team konnte dieses Problem in dreidimensionalen digitalen Simulationen überwinden, und es ist ein großer Schritt für Helfer-Roboter. Diese Roboter können solche umfassen, die Bürogebäude, Flughäfen und Krankenhäuser reinigen und desinfizieren. Sie machen einen großen Teil der 27-Milliarden-Dollar-Roboterindustrie aus.

Yufeng Sun ist der Hauptautor der Studie und ein Doktorand an der UC College of Engineering and Applied Science.

Laut Sun haben einige Forscher an diesem Problem gearbeitet, indem sie einen ganzen Raum scannen, um ein 3D-Digitalsmodell zu erstellen, was es einem Roboter ermöglicht, eine Tür zu finden. Dies ist jedoch eine zeitaufwändige Lösung, die nur auf den gescannten Raum anwendbar ist.

Es gibt viele Herausforderungen bei der Entwicklung eines autonomen Roboters, der eine Tür selbst öffnen kann. Zunächst kommen Türen in verschiedenen Farben und Größen und haben unterschiedliche Griffe, die höher oder niedriger sein können. Roboter müssen auch wissen, wie viel Kraft sie verwenden müssen, um Türen zu öffnen, um den Widerstand zu überwinden. Da viele öffentliche Türen selbstschließend sind, kann ein Roboter den Griff verlieren und muss von vorne beginnen.

https://www.youtube.com/watch?v=O_FV47hIRus

Mithilfe von Machine Learning

Mithilfe von Machine Learning ermöglichten die UC-Studenten dem Roboter, sich selbst zu “lehren”, wie man eine Tür öffnet, durch Trial und Error. Das bedeutet, dass der Roboter seine Fehler korrigiert, während er geht, und Simulationen helfen ihm, sich auf die tatsächliche Aufgabe vorzubereiten.

“Der Roboter benötigt ausreichend Daten oder ‘Erfahrungen’, um ihn zu trainieren”, sagte Sun. “Das ist eine große Herausforderung für andere Roboteranwendungen, die AI-basierte Ansätze für die Erledigung von realen Aufgaben verwenden.”

Sun und der UC-Master-Student Sam King konvertieren nun die erfolgreiche Simulationsstudie in einen realen Roboter.

“Die Herausforderung besteht darin, diese gelernte Steuerungsrichtlinie von der Simulation in die Realität zu übertragen, was oft als ‘Sim2Real’-Problem bezeichnet wird”, sagte Sun.

Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass digitale Simulationen normalerweise nur 60% bis 70% erfolgreich in den ersten realen Anwendungen sind, so dass Sun plant, mindestens ein Jahr damit zu verbringen, das neue autonome Robotiksystem zu perfektionieren.