Один прыжок для робота-мини-гепарда — огромный скачек для робототехники

Новая система управления, продемонстрированная на роботизированном мини-гепарде Массачусетского технологического института , позволяет четвероногим роботам прыгать по неровной местности в режиме реального времени.

Прыгающий гепард мчится по холмистому полю, перепрыгивая через внезапные расселины в пересеченной местности. Движение может выглядеть легким, но заставить робота двигаться таким образом — невероятная задача.

В последние годы четвероногие роботы, вдохновленные движением гепардов и других животных, сделали большой рывок вперед, но все же они все еще отстают от своих теплокровных собратьев, когда дело доходит до путешествий по быстро и случаной меняющемуся ландшафту.

Габриэль Марголис, аспирант лаборатории Пулкита Агравала, профессор компьютерных наук и технологий. Лаборатория искусственного интеллекта (CSAIL) в Массачусетском технологическом институте, говорит о такой модели передвижения следующее:

В таких условиях вам нужно использовать зрение, чтобы избежать неудач. Например, трудно избежать попадания в трещины, если вы ее не видите. Несмотря на то, что существуют некоторые существующие методы включения зрения в передвижение на ногах, большинство из них на самом деле не подходят для использования с развивающимися гибкими робототехническими системами.

Теперь Марголис и его сотрудники разработали систему, которая улучшает скорость и маневренность роботов на ногах, когда они прыгают через пропасти на местности. Новая система управления разделена на две части: одна обрабатывает входные данные в реальном времени с видеокамеры, установленной на передней части робота, а другая преобразует эту информацию в инструкции о том, как робот должен двигать своим телом. Исследователи протестировали свою систему на мини-гепарде Массачусетского технологического института, мощном и маневренном роботе, созданном в лаборатории профессора машиностроения Сангбэ Кима.

В отличие от других методов управления четвероногим роботом, эта система из двух частей не требует предварительного нанесения на карту местности, поэтому робот может отправиться куда угодно. В будущем это может позволить роботам отправляться в лес для выполнения миссии по реагированию на чрезвычайные ситуации или подниматься по лестнице, чтобы доставить лекарства пожилым людям.

Полный контроль

Использование двух отдельных контроллеров, работающих вместе, делает эту систему особенно инновационной.

Контроллер — это алгоритм, который преобразует состояние робота в набор действий, которым он должен следовать. Многие слепые контроллеры (те, у которых нет функции зрения) надежны и эффективны, но позволяют роботам только перемещаться по сплошной местности.

Зрение — это настолько сложный сенсорный ввод, который нужно обработать, что эти алгоритмы не могут справиться с ним эффективно. Системы, которые включают в себя обзор, обычно полагаются на "карту высот" местности, которая должна быть либо заранее построена, либо сгенерирована "на лету", процесс, который обычно является медленным и подвержен сбоям, если карта высот неверна.

Один прыжок для робота-мини-гепарда — огромный скачек для робототехники

Для разработки своей системы исследователи взяли лучшие элементы из этих надежных слепых контроллеров и объединили их с отдельным модулем, который обрабатывает зрение в реальном времени.

Камера робота фиксирует глубинные изображения приближающейся местности, которые передаются высокоуровневому контроллеру вместе с информацией о состоянии тела робота (углы суставов, ориентация тела и т. д.). Контроллер высокого уровня — это нейронная сеть, которая "учится" на собственном опыте.

Эта нейронная сеть выводит целевую траекторию, которую второй контроллер использует для определения крутящего момента для каждого из 12 суставов робота. Этот низкоуровневый контроллер не является нейронной сетью и вместо этого полагается на набор кратких физических уравнений, которые описывают движение робота.

Исследователи использовали метод проб и ошибок, известный как обучение с подкреплением, для обучения высокоуровневого контроллера. Они провели моделирование бега робота по сотням различных прерывистых ландшафтов и награждали его за успешные переходы. Со временем алгоритм узнал, какие действия увеличивают вознаграждение. Затем они построили физическую местность с зазорами из набора деревянных досок и проверили свою схему управления с помощью мини-гепарда.

В будущем исследователи надеются установить на робота более мощный компьютер, чтобы он мог выполнять все свои вычисления на борту. Они также хотят улучшить средство оценки состояния робота, чтобы исключить необходимость в системе захвата движения. Кроме того, они хотели бы улучшить низкоуровневый контроллер, чтобы он мог использовать весь диапазон движений робота, и улучшить высокоуровневый контроллер, чтобы он хорошо работал в различных условиях освещения.

Читайте также

Тяжба вокруг ядра Linux завершилась поражением последнего крупного истца

Тяжба вокруг ядра Linux завершилась поражением последнего крупного истца

Квантовые компьютеры могут проверить, существует ли настоящая случайность

Квантовые компьютеры могут проверить, существует ли настоящая случайность

69 лет назад состоялся первый успешный запуск межконтинентальной ракеты Р-7

69 лет назад состоялся первый успешный запуск межконтинентальной ракеты Р-7

Персонализированная онкология: создается платформа генной терапии рака

Персонализированная онкология: создается платформа генной терапии рака

Нейросети ЛЭТИ распознают бактерии без посева и пробирок

Нейросети ЛЭТИ распознают бактерии без посева и пробирок

Ростех оснащает котельные Улан-Удэ высокотехнологичными электрофильтрами

Ростех оснащает котельные Улан-Удэ высокотехнологичными электрофильтрами

Время ДНК-анализа сократили до пяти часов вместо суток

Время ДНК-анализа сократили до пяти часов вместо суток

В Сингапуре создали прототип дата-центра с живыми человеческими нейронами

В Сингапуре создали прототип дата-центра с живыми человеческими нейронами

Как РЛС Вадима Мацкевича решила исход Корейской войны

Как РЛС Вадима Мацкевича решила исход Корейской войны

Миссии NASA, которые изменили историю освоения космоса

Миссии NASA, которые изменили историю освоения космоса

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Физики искали одну экзотическую частицу, но обнаружили две другие структуры

Физики искали одну экзотическую частицу, но обнаружили две другие структуры

Google Pixel 11 Pro Fold сломался в тесте на изгиб

Google Pixel 11 Pro Fold сломался в тесте на изгиб

Ученые раскрыли секрет медленного развития человека: все дело в белках

Ученые раскрыли секрет медленного развития человека: все дело в белках

Астрономы обнаружили «галактики-призраки» с недавно погасшими черными дырами

Астрономы обнаружили «галактики-призраки» с недавно погасшими черными дырами