Sistem RoboGrammar avtomatizira in optimizira zasnovo robotov

Oblika robota določa, katere vrste nalog lahko opravlja in okolje, v katerem lahko deluje. S trenutnimi tehnološkimi omejitvami ni mogoče izdelati in preizkusiti vsake oblike, vendar nov sistem, ki so ga razvili raziskovalci na MIT, omogoča te številne oblike ki jih je treba simulirati. Po simulacijah lahko najboljše izmed njih izberemo iz skupine.

Novi sistem se imenuje RoboGrammar in prvi korak je, da ga obvestimo, katere vrste robotskih delov so na voljo, kot so kolesa in sklepi. Nato navedete vrsto terena, na katerem bo robot deloval, vendar je to v bistvu to. RoboGrammar nato ustvari optimizirano strukturo in nadzorni program.

Napredek na področju robotskega oblikovanja

Nov sistem je velik korak naprej na naprednem področju, ki je še vedno večinoma ročni.

Allan Zhao je glavni avtor raziskave in doktorski študent v Laboratoriju za računalništvo in umetno inteligenco MIT (CSAIL).

»Načrtovanje robotov je še vedno zelo ročni proces,« pravi Zhao. Sistem RoboGrammar je "način, kako pripraviti nove, bolj iznajdljive modele robotov, ki bi lahko bili potencialno učinkovitejši."

Raziskava naj bi bila predstavljena na konferenci SIGGRAPH Asia ta mesec.

Kot pravi Zhao, so roboti zgrajeni za vse vrste nalog, vendar »so si vsi zelo podobni v splošni obliki in zasnovi. Ko pomislite na izdelavo robota, ki mora prečkati različne terene, takoj skočite na štirinožca. Spraševali smo se, ali je to res optimalna zasnova.”

Ekipa je verjela, da bi nov in bolj inovativen dizajn lahko prinesel boljše rezultate in izboljšal funkcionalnost, zato so izdelali računalniški model za naloge. Na sistem ni vplivala predhodna konvencija in veljala so nekatera pravila.

Zhao piše, da je zbirka možnih oblik robotov »predvsem sestavljena iz nesmiselnih oblik. Če lahko dele preprosto povežeš na poljuben način, na koncu nastane zmešnjava.«

Graf Grammar

Ekipa se je odločila razviti "grafično slovnico", ki omejuje, kako je mogoče razporediti komponente robota. To je samo zato, da vsaka računalniško ustvarjena zasnova deluje na osnovni ravni, z omejitvami, kot je nezmožnost povezovanja segmentov nog med seboj namesto sklepov.

Zhao so pri oblikovanju pravil grafične slovnice navdihnile živali, zlasti členonožci.

Za členonožce je »značilno, da imajo osrednje telo s spremenljivim številom segmentov. Nekateri segmenti imajo morda pritrjene noge,« pravi Zhao. "In opazili smo, da je to dovolj za opis ne le členonožcev, ampak tudi bolj znanih oblik."

Z uporabo grafične slovnice RoboGrammar deluje v treh korakih. Prvič, definira problem. Drugič, oblikuje možne robotske rešitve. Tretjič, izbere optimalne.

Človeški uporabniki so odgovorni za opredelitev problema in vnos nabora razpoložljivih robotskih komponent, kot so motorji, noge in povezovalni segmenti. Uporabnik tudi vnese, na kakšnem terenu bo robot deloval.

»To je ključnega pomena za zagotovitev, da je končne robote dejansko mogoče zgraditi v resničnem svetu,« pravi Zhao.

Na stotine tisoč struktur

RoboGrammar vzame pravila grafične slovnice in oblikuje na stotine tisoč možnih robotskih struktur z različnimi različnimi videzi.

"Za nas je bilo zelo navdihujoče videti raznolikost dizajnov," pravi Zhao. "Vsekakor kaže izraznost slovnice."

Vendar niso vse zasnove dobre in izbira najboljšega pomeni, da je treba ovrednotiti gibanje in funkcijo vsakega robota.

"Do sedaj so bili ti roboti le strukture," pravi Zhao.

Ekipa je razvila krmilnik za vsakega robota z algoritmom, imenovanim Model Predictive Control, ki daje prednost hitremu gibanju naprej, in to je tisto, kar napreduje strukture.

»Oblika in krmilnik robota sta globoko prepletena, zato moramo optimizirati krmilnik za vsakega robota posebej,« pravi Zhao.

Raziskovalci nato uporabijo algoritem nevronske mreže za iskanje visoko zmogljivih robotov. Algoritem vzorči in ocenjuje različne sklope robotov ter se uči, kateri modeli delujejo za katere naloge.

Vse omenjeno do te točke poteka brez človekovega posredovanja.

"To delo je glavni dosežek v 25-letnem prizadevanju za samodejno oblikovanje morfologije in nadzora robotov," pravi Hod Lipson, strojni inženir in računalniški znanstvenik na univerzi Columbia. V raziskavo ni sodeloval. »Zamisel o uporabi slovnice oblik je prisotna že nekaj časa, vendar nikjer ta ideja ni bila izvedena tako lepo kot v tem delu. Ko bomo lahko dobili stroje za samodejno načrtovanje, izdelavo in programiranje robotov, so vse stave odpadle.«

Kot pravi Zhao, je RoboGrammar "orodje za oblikovalce robotov za razširitev prostora robotskih struktur, na katere se opirajo."

Ekipa zdaj načrtuje izdelavo in preizkušanje nekaterih robotov v resničnem svetu, Zhao pa pravi, da bi se sistem lahko premaknil onkraj prečkanja terena in na področja, kot so virtualni svetovi.

»Recimo, da ste v videoigri želeli ustvariti veliko vrst robotov, ne da bi morali imeti umetnika, ki bi ustvaril vsakega posebej. RoboGrammar bi skoraj takoj deloval,« pravi Zhao.