Vísindamenn þróa háþróaða leiðarskipulagsaðferð fyrir vélmenni

Vísindamenn við háskólann í Michigan hafa þróað nýja brautarskipulagsaðferð sem flýtir fyrir vélmennum yfir gróft landslag. Nýlega þróað reikniritið gat fundið farsælar leiðir þrisvar sinnum oftar en staðlaðar reiknirit og það þurfti mun minni vinnslutíma. 

Rannsóknin var birt árið Sjálfstætt vélmenni. 

Þróun nýja reikniritsins

Reikniritinu var sérstaklega ætlað að vélmenni sem nota handleggslík viðhengi til að viðhalda jafnvægi á grófu landslagi, svo sem hamfarasvæðum og byggingarsvæðum. 

Dmitry Berenson er dósent í rafmagns- og tölvuverkfræði og kjarnadeild við Robotics Institute. 

„Í hruninni byggingu eða á mjög grófu landslagi mun vélmenni ekki alltaf geta komið sér á jafnvægi og haldið áfram með fótunum,“ sagði Berenson. „Þú þarft ný reiknirit til að finna út hvar á að setja bæði fætur og hendur. Þú þarft að samræma alla þessa útlimi til að viðhalda stöðugleika og það sem það styttist í er mjög erfitt vandamál.“

Nýja rannsóknin hjálpar vélmennum að ákvarða hversu erfitt landslag er áður en þeir reikna út bestu leiðina áfram.

Yu-Chi Lin er nýlegur doktorsgráðu í vélfærafræði og hugbúnaðarverkfræðingur hjá Neuro Inc. 

„Í fyrsta lagi notuðum við vélanám til að þjálfa vélmennið á mismunandi leiðir sem það getur sett hendur og fætur til að viðhalda jafnvægi og taka framförum,“ sagði Lin. „Þá, þegar vélmennið er sett í nýtt flókið umhverfi, getur það notað það sem það lærði til að ákvarða hversu fær slóð er, sem gerir því kleift að finna leið að markmiðinu miklu hraðar.

Þrátt fyrir nýja og endurbætta aðferð tekur það samt langan tíma að skipuleggja farsæla langa leið á meðan hefðbundin áætlanagerð reiknirit er notuð.

„Ef við reyndum að finna alla staði handa og fóta á langri leið, myndi það taka mjög langan tíma,“ sagði Berenson.

Deildu-og-sigraðu

Til að komast í kringum þetta treysti teymið á „deilu-og-sigra“ nálgun. Þeir skiptu stígnum í erfiða kafla og auðveldari að fara yfir kafla. Með því fyrrnefnda beita vélmennin námstengdri aðferð sinni og með því síðarnefnda nota þau einfaldari leiðaráætlun. 

„Þetta hljómar einfalt, en það er mjög erfitt að vita hvernig á að skipta þessu vandamáli upp á réttan hátt og hvaða skipulagsaðferð á að nota fyrir hvern hluta,“ sagði Lin.

Til þess að svo megi verða þurfa vísindamennirnir rúmfræðilegt líkan af öllu umhverfinu sem þeir geta fengið með því að fljúga dróna sem leitar á undan vélmenninu.

Teymið bjó til sýndartilraun með manneskjulegt vélmenni á ganginum úr rústum og niðurstöðurnar sýndu að aðferð teymisins var betri en fyrri aðferðir hvað varðar árangur og heildartíma til að skipuleggja. Þetta skiptir sköpum í hamfaraaðstæðum. 

Af 50 tilraunum náði aðferð teymisins markmiðinu í 84% tilvika samanborið við 26% fyrir grunnleiðaskipuleggjarann. Það tók aðeins rúmar tvær mínútur að skipuleggja samanborið við rúmar þrjár mínútur fyrir grunnstígaskipuleggjarann. 

Fyrir utan þetta sýndi teymið einnig hvernig aðferð þeirra getur virkað í hinum raunverulega heimi með vélmenni á hjólum með bol og tvo arma. Grunnur vélmennisins var settur á brattan skábraut og það notaði „hendur“ sínar til að styrkja sig þegar ójafnt yfirborð hreyfðist. Aðferð teymisins gerði vélmenninu kleift að skipuleggja slóð á rúmum tíunda úr sekúndu samanborið við rúmar 3.5 sekúndur með grunnleiðaráætluninni. 

Liðið mun nú horfa til þess að innleiða kraftmikla stöðuga hreyfingu, sem er svipuð náttúrulegum hreyfingum manna og dýra. Þetta myndi bæta hreyfihraða vélmennisins, þar sem það þarf ekki að vera stöðugt í jafnvægi.