Robot à faible coût capable de naviguer presque tous les obstacles

Une équipe de chercheurs a conçu un système robotique qui permet à un robot à pattes petit et à faible coût de naviguer presque tous les obstacles ou terrains. Le robot peut grimper et descendre des escaliers presque de sa hauteur ou naviguer sur des terrains rocheux, glissants, inégaux, escarpés et variés. Il peut également marcher sur des fissures, escalader des rochers et fonctionner dans le noir.

Le projet de développement du système a été réalisé par des chercheurs de l’École des sciences informatiques de l’Université Carnegie Mellon et de l’Université de Californie à Berkeley.

Donner des compétences nouvelles aux petits robots

Deepak Pathak est professeur adjoint à l’Institut de robotique.

« Donner aux petits robots la capacité de grimper des escaliers et de gérer une variété d’environnements est crucial pour développer des robots qui seront utiles dans les foyers des gens ainsi que dans les opérations de recherche et de sauvetage », a déclaré Pathak. « Ce système crée un robot robuste et adaptable qui pourrait effectuer de nombreuses tâches quotidiennes. »

Le robot a été testé sur des escaliers inégaux et des pentes dans des parcs publics, ce qui a testé sa capacité à marcher sur des pierres et sur des surfaces glissantes. Il a également été chargé de grimper des escaliers qui seraient l’équivalent d’un humain sautant par-dessus un obstacle. Le robot parvient à s’adapter rapidement et à maîtriser le terrain en utilisant sa vision et un petit ordinateur embarqué.

Le robot a été formé avec 4 000 clones dans un simulateur. Ces clones ont pratiqué la marche et l’escalade de terrains complexes, et la vitesse du simulateur a permis au robot d’acquérir six ans d’expérience en une seule journée.

Les compétences motrices apprises pendant la formation ont été stockées par le simulateur dans un réseau neuronal, que les chercheurs ont ensuite copié sur le robot réel. Cette approche innovante a signifié qu’aucune ingénierie manuelle des mouvements du robot n’était nécessaire.

De nombreux systèmes robotiques actuels reposent sur des caméras qui créent une carte de l’environnement environnant, qui est ensuite utilisée pour planifier les mouvements du robot avant qu’ils ne soient exécutés. Cependant, ce processus peut être lent et sujet à des erreurs en raison d’inexactitudes ou de fausses perceptions lors de la phase de cartographie. Ces inexactitudes peuvent avoir un impact sur la planification et les mouvements.

Alors que la cartographie et la planification s’avèrent utiles pour les systèmes axés sur le contrôle de haut niveau, elles ne sont pas toujours les meilleures pour les exigences dynamiques des compétences de bas niveau, telles que la marche ou la course.

Manœuvres efficaces et rapides

Le système robotique nouvellement développé saute par-dessus les phases de cartographie et de planification et achemine directement les entrées de vision vers le contrôle du robot. Cela signifie essentiellement que le robot voit et se déplace en conséquence. La technique de rupture permet au robot de réagir à son terrain complexe très rapidement et efficacement.

Les mouvements du robot sont formés par apprentissage automatique, ce qui rend le robot à faible coût. Le robot testé était au moins 25 fois moins cher que les alternatives sur le marché. Selon l’équipe, leur algorithme pourrait rendre les robots à faible coût beaucoup plus accessibles.

Ananye Agarwal est un étudiant en doctorat en apprentissage automatique à l’École des sciences informatiques.

« Ce système utilise la vision et les rétroactions du corps directement comme entrée pour produire des commandes pour les moteurs du robot », a déclaré Agarwal. « Cette technique permet au système d’être très robuste dans le monde réel. S’il glisse sur les escaliers, il peut se remettre. Il peut aller dans des environnements inconnus et s’adapter. »

Le système robotique a été fortement inspiré par la nature. Pour un robot de moins d’un pied de hauteur, il a appris à adopter les mouvements que les humains utilisent pour franchir des obstacles élevés afin de grimper des escaliers ou des obstacles de sa hauteur. Le système utilise l’abduction des hanches pour surmonter des obstacles qui sont même difficiles pour les systèmes robotiques à pattes les plus avancés disponibles.

L’équipe a également puisé son inspiration dans les animaux à quatre pattes.

« Les animaux à quatre pattes ont une mémoire qui permet à leurs pattes arrière de suivre les pattes avant. Notre système fonctionne de manière similaire », a déclaré Pathak.

La mémoire embarquée permet aux pattes arrière de se souvenir de ce que la caméra a vu, l’aidant ainsi à manœuvrer les obstacles.

Ashish Kumar est un étudiant en doctorat à Berkeley.

« Puisqu’il n’y a pas de carte, pas de planification, notre système se souvient du terrain et de la façon dont il a déplacé la patte avant et le traduit en patte arrière, le faisant rapidement et sans faille », déclare Kumar.

Les nouvelles recherches pourraient jouer un grand rôle dans la résolution de certains des principaux défis entourant les robots à pattes. Elles pourraient même contribuer à leur utilisation dans les foyers.