Thuật toán cho phép robot tránh chướng ngại vật và chạy trong tự nhiên

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học California – San Diego đã phát triển một hệ thống thuật toán mới cho phép robot bốn chân đi và chạy trong tự nhiên. Robot có thể điều hướng trên địa hình khó khăn và phức tạp trong khi tránh các chướng ngại vật tĩnh và di động.

Đội ngũ đã tiến hành các thử nghiệm nơi một robot được hướng dẫn bởi hệ thống để điều khiển tự động và nhanh chóng trên các bề mặt cát, sỏi, cỏ và đồi đất nhấp nhô phủ đầy cây cối và lá rụng. Đồng thời, nó có thể tránh va chạm với các cột, cây, bụi cây, đá, băng ghế và người. Robot cũng đã thể hiện khả năng điều hướng trong một không gian văn phòng bận rộn mà không va chạm với các chướng ngại vật.

Xây dựng Robot Chân Four hiệu quả

Hệ thống mới này có nghĩa là các nhà nghiên cứu đang gần hơn bao giờ hết với việc xây dựng các robot hiệu quả cho các nhiệm vụ tìm kiếm và cứu hộ, hoặc các robot để thu thập thông tin trong không gian khó tiếp cận hoặc nguy hiểm cho con người.

Công việc này sẽ được trình bày tại Hội nghị Quốc tế về Hệ thống Robot Thông minh 2022 (IROS) từ ngày 23 đến 27 tháng 10 tại Kyoto, Nhật Bản.

Hệ thống này mang lại cho robot sự linh hoạt hơn do sự kết hợp giữa cảm giác nhìn của robot với cảm giác vị trí, đó là một phương thức cảm giác khác liên quan đến cảm giác chuyển động, hướng, tốc độ, vị trí và chạm của robot.

Hầu hết các phương pháp hiện tại để đào tạo robot chân bốn đi và điều hướng sử dụng либо cảm giác vị trí hoặc tầm nhìn. Tuy nhiên, chúng không được sử dụng cùng một lúc.

Kết hợp Cảm giác Vị trí với Tầm nhìn Máy tính

Xiaolong Wang là giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại Trường Kỹ thuật Jacobs của UC San Diego.

“Trong một trường hợp, nó giống như đào tạo một robot mù để đi bằng cách chỉ chạm và cảm nhận mặt đất. Và trong trường hợp khác, robot lên kế hoạch cho chuyển động chân dựa trên tầm nhìn alone. Nó không học hai điều cùng một lúc,” Wang nói. “Trong công việc của chúng tôi, chúng tôi kết hợp cảm giác vị trí với tầm nhìn máy tính để cho phép robot chân bốn di chuyển hiệu quả và mượt mà – trong khi tránh chướng ngại vật – trong nhiều môi trường khó khăn, không chỉ những môi trường được xác định rõ. “

Hệ thống được phát triển bởi đội ngũ dựa trên một tập hợp thuật toán đặc biệt để kết hợp dữ liệu từ hình ảnh thời gian thực, được chụp bởi một máy ảnh độ sâu trên đầu robot, với dữ liệu từ các cảm biến trên chân robot.

Tuy nhiên, Wang cho biết đây là một nhiệm vụ phức tạp.

“Vấn đề là trong quá trình hoạt động thực tế, đôi khi có sự chậm trễ nhỏ trong việc nhận hình ảnh từ máy ảnh nên dữ liệu từ hai phương thức cảm giác khác nhau không luôn đến cùng một lúc,” ông giải thích.

Đội ngũ đã giải quyết thách thức này bằng cách mô phỏng sự không khớp bằng cách ngẫu hóa hai tập hợp đầu vào. Các nhà nghiên cứu gọi kỹ thuật này là ngẫu hóa chậm đa phương thức, và sau đó họ sử dụng các đầu vào đã được sử dụng và ngẫu hóa để đào tạo một chính sách học tăng cường. Phương pháp này cho phép robot đưa ra quyết định nhanh chóng trong khi điều hướng, cũng như dự đoán các thay đổi trong môi trường của nó. Những khả năng này cho phép robot di chuyển và điều khiển chướng ngại vật nhanh hơn trên các loại địa hình khác nhau, tất cả mà không cần sự hỗ trợ từ một vận hành viên.

Đội ngũ sẽ hiện đang tìm cách làm cho robot chân bốn trở nên linh hoạt hơn để chúng có thể hoạt động trên các địa hình phức tạp hơn.

“Hiện tại, chúng ta có thể đào tạo một robot để thực hiện các chuyển động đơn giản như đi, chạy và tránh chướng ngại vật,” Wang nói. “Mục tiêu tiếp theo của chúng tôi là cho phép một robot đi lên và xuống cầu thang, đi trên đá, thay đổi hướng và nhảy qua chướng ngại vật.”