Skip to main content

Control of contact interactions for robots acting in the world

Article Category

Article available in the folowing languages:

Wprowadzanie robotów w prawdziwy świat

Uniwersalne algorytmy interakcji z obiektami fizycznymi pozwolą przezwyciężyć nierozwiązane dotąd problemy w robotyce, dzięki czemu maszyny będą mogły wreszcie zacząć towarzyszyć nam w życiu i pracy.

Gospodarka cyfrowa
Technologie przemysłowe

Choć roboty coraz mocniej zaznaczają swoją obecność w naszym życiu, nadal pojawiają się głównie w ściśle nadzorowanych otoczeniach, takich jak linie produkcyjne, lub w zastosowaniach, w których muszą po prostu unikać kontaktu z obiektami fizycznymi, a nie wchodzić w interakcje z otoczeniem. Ludovic Righetti, starszy badacz w Instytucie Systemów Inteligentnych im. Maxa Plancka, profesor Uniwersytetu Nowojorskiego oraz koordynator projektu, wyjaśnia: „Zawsze gdy chcemy, by roboty chodziły, wspinały się czy manipulowały przedmiotami, natrafiamy na zasadniczą trudność”. „Prowadzenie fizycznych interakcji pozostaje nierozwiązanym problemem w robotyce. Potrafimy przygotować od ręki algorytmy dla kilku czujników, ale nikt nie wie, jak opracować ogólną teorię, która miałaby zastosowanie do dowolnego rodzaju robotów”.

Ruchome maszyny

Finansowany ze środków UE projekt CONT-ACT powstał w celu opracowania podstaw wiedzy oraz ogólnych algorytmów, które pozwoliłyby rozwiązać ten problem. Koncepcja projektu zasadza się na dwóch filarach: wykorzystaniu wiedzy z zakresu fizyki w celu opracowania podstawowych zasad oddziaływań robota ze światem fizycznym i użyciu danych zebranych z doświadczeń prowadzonych z zastosowaniem robotów do poprawy zachowania tego systemu. Grupa kierowana przez Righettiego opracowała już ogólna metodę kontrolowania ruchu robotów mających nogi, dzięki czemu naukowcy zdołali nauczyć maszyny, jak regulować siłę generowaną przez napędzające je silniki, by utrzymać równowagę. Aby pójść dalej, musieli rozwikłać tę kwestię także w przypadku robota pozostającego w ruchu. Righetti mówi: „Rozwiązanie tego problemu w czasie rzeczywistym nie jest proste. Niezależnie od podejmowanej przez maszynę czynności, wynik musi pojawić się w ciągu kilkudziesięciu lub kilkuset milisekund”. Righetti i jego zespół zdołali opracować zestaw algorytmów umożliwiający robotom kompleksowe poruszanie się, dzięki rozbiciu tego zagadnienia na szereg prostszych problemów. „Zaprojektowaliśmy sterownik, który pozwala robotowi reagować na zmiany zachodzące w środowisku”, dodaje uczony. „Dzięki temu otrzymaliśmy algorytmy, które są skuteczne nawet w obliczu problemu wchodzenia po nierównych schodach czy popchnięcia robota”. Zespół zdołał też przygotować techniki uczenia maszynowego, które pozwolą robotom wykorzystać informacje pochodzące z dodatkowych czujników. Righetti stwierdza: „Dysponujemy robotami wyposażonymi w powierzchnie czuciowe zdolne wykrywać kontakt, mierzyć przykładaną siłę i nacisk, ale gdy przyjrzymy się algorytmom sterującym pracą robotów podczas chwytania przedmiotów i manipulacji nimi, przekonamy się, że zazwyczaj nie korzystają one z tych danych”.

Przestrzeń wirtualna

Umiejętność łączenia tych danych ma zasadnicze znaczenie dla opracowania ogólnego algorytmu sterującego oddziaływaniem z obiektami. Righetti zauważa: „Z nieprzetworzonych danych wynika, że najmniejsza choćby zmiana jednego z parametrów, na przykład kształtu czy koloru ciała, zmienia odczyty z czujników, a przecież nadal opisują one podobny przedmiot”. Zmapowanie tych sygnałów do przestrzeni wirtualnej pozwala robotom poznawać ogólne modele środowiska, w którym będą się poruszać, dzięki czemu uczą się one zachowań umożliwiających im interakcje z innymi, podobnymi obiektami czy środowiskami, z którymi wcześniej nie miały styczności. W ten sposób unika się konieczności uczenia robota oddziaływania z każdą wariacją danego otoczenia. Righetti przyznaje, że ostatecznie nie udało mu się rozwiązać największego z problemów robotyki – chodzi o opracowanie algorytmu, który zapewniłby robotom faktyczną autonomię. Podkreśla jednak, że jego zespół zdołał poczynić znaczny postęp w kierunku osiągnięcia tego celu. „Algorytmy, którymi dziś dysponujemy są całkiem zaawansowane i zdecydowanie zaliczają się do najszybszych i najpewniejszych tego typu rozwiązań”. Uczony dodaje, że w najbliższych latach przypuszczalnie poświęci się dalszym badaniom nad zagadnieniem ruchu robotów i ich interakcji ze światem fizycznym: „To jeszcze nie koniec. Cały czas odnotowujemy postępy i będziemy nadal szukać podstawowego zestawu algorytmów”.

Słowa kluczowe

CONT-ACT, robot, ruch, kontakt, fizyczna interakcja, algorytm, równowaga

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania