الآن يمكن للروبوت Cheetah 3 MIT القفز والقفز فوق التضاريس الوعرة ، وتسلق السلالم المليئة بالحطام ، واستعادة التوازن بسرعة.
تم تصميم الوحش الميكانيكي الذي يبلغ وزنه 90 رطلاً - بحجم اللابرادور الكبير - عن قصد لكل هذا دون الاعتماد على الكاميرات أو أي أجهزة استشعار بيئية خارجية. وبدلاً من ذلك ، "يشعر" ببراعة طريقه من خلال محيطه بطريقة يصفها المهندسون بأنها "حركة عمياء" ، تمامًا مثل اختراق غرفة سوداء.
قال مصمم الروبوتات سانجبي كيم ، الأستاذ المساعد في الهندسة بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "هناك الكثير من الأشياء غير المتوقعة التي يجب أن يقوم بها الروبوت دون الاعتماد بشكل كبير على الرؤية". "يمكن أن تكون الرؤية صاخبة ، وغير دقيقة بعض الشيء ، وأحيانًا يتعذر الوصول إليها ، وإذا كنت تعتمد كثيرًا على الرؤية ، فيجب أن يكون الروبوت دقيقًا جدًا وسيكون بطيئًا في نهاية المطاف. لذلك ، نريد أن يعتمد الروبوت أكثر على المعلومات اللمسية. وبالتالي ، يمكنه مواجهة عقبات غير متوقعة والتحرك بسرعة في الوقت نفسه ".
في أكتوبر ، في المؤتمر الدولي حول الروبوتات الذكية في مدريد ، سيقدم الباحثون قدرات الروبوت دون رؤية. بالإضافة إلى الحركة العمياء ، سيعرض الفريق معدات الروبوت المحسنة ، بما في ذلك مجموعة موسعة من الحركة مقارنة بسلفه Cheetah 2 ، والذي يسمح للروبوت بالتمدد ذهابًا وإيابًا والدوران من جانب إلى آخر ، على غرار ذلك الموجود في الفيديو قبل القفز.
يقترح كيم أنه خلال السنوات القليلة القادمة ، سوف يكمل الروبوت المهام التي كانت ستكون خطيرة للغاية أو يتعذر الوصول إليها بالنسبة للبشر.
يقول كيم: "تم تصميم Cheetah 3 لأداء المهام العالمية ، مثل فحص محطات الطاقة ، والتي تشمل ظروف التضاريس المختلفة ، بما في ذلك السلالم والحواجز والعوائق على الأرض". "أعتقد أن هناك أوقاتًا لا حصر لها عندما أردنا إرسال الروبوتات لأداء مهام بسيطة بدلاً من البشر. يمكن القيام بأعمال خطرة وقذرة وصعبة بشكل أكثر أمانًا بمساعدة الروبوتات التي يتم التحكم فيها عن بُعد ".
خوارزمية صنع القرار
يمكن للفهد 3 تسلق السلالم بشكل أعمى ومن خلال التضاريس غير المنظمة ويمكنه استعادة التوازن بسرعة في مواجهة القوى غير المتوقعة بفضل خوارزميتين جديدتين طورهما فريق كيم: خوارزمية كشف الاتصال وخوارزمية التنبؤ بالتحكم.
تساعد خوارزمية كشف الاتصال الروبوت في تحديد أفضل وقت للساق الحالية للتبديل من التأرجح في الهواء للوقوف على الأرض.
يقول كيم: "عندما يتعلق الأمر بالانتقال من الهواء إلى الأرض ، فيجب أن يكون التبديل جيدًا جدًا".
تساعد خوارزمية الكشف عن الاتصال الروبوت على تحديد أفضل وقت للساق للتنقل بين التذبذبات والخطوة ، والحساب المستمر لكل ساق الاحتمالات الثلاثة: احتمال اتصال الساق بالأرض ، واحتمال إنشاء القوة بعد أن تضرب الساق الأرض ، واحتمال أن تكون الساق في المنتصف . تحسب الخوارزمية هذه الاحتمالات بناءً على بيانات من الجيروسكوبات وأجهزة قياس التسارع ومواضع مفاصل الساقين ، والتي تسجل زاوية وارتفاع الساقين بالنسبة للأرض.
على سبيل المثال ، إذا تقدم الروبوت فجأة على كتلة خشبية ، فسوف ينحني جسمه فجأة ، ويغير زاوية وارتفاع الروبوت. سيتم تقديم هذه البيانات على الفور إلى حساب ثلاثة احتمالات لكل ساق ، والتي ستجمعها الخوارزمية لتقييم ما إذا كان يجب على كل قدم تحديد النقاط لأسفل ، أو رفعها وإسقاطها للحفاظ على التوازن - طوال هذا الوقت يكون الروبوت شبه أعمى.
"إذا أغلق الناس أعينهم واتخذوا خطوة ، فلدينا نموذج عقلي لأماكن الأرض ، ويمكننا الاستعداد لها. لكن كيم نعتمد أيضًا على لمسة الأرض. "نحن نفعل نفس الشيء ، نجمع بين عدة مصادر للمعلومات لتحديد وقت الانتقال."
اختبر الباحثون الخوارزمية في تجارب على تشغيل الفهد 3 على جهاز المشي المختبري وصعدوا الدرج. كان كلا السطحين مليئين بأشياء عشوائية مثل الكتل الخشبية ولفائف الشريط.
يقول كيم: "إنه لا يعرف ارتفاع كل خطوة ولا يعرف أن هناك عوائق على الدرج ، لكنه يمشي دون أن يفقد توازنه". "بدون هذه الخوارزمية ، سيكون الروبوت غير مستقر للغاية ويسقط بسهولة."
الخطط المستقبلية
تم إطلاق الحركة العمياء للروبوت جزئيًا أيضًا بواسطة خوارزمية توقعات التحكم ، والتي تتوقع القوة التي يجب تطبيقها على ساق معين بمجرد أن يتخذ خطوة.
يقول كيم: "ستخبرك خوارزمية كشف جهات الاتصال:" لقد حان الوقت لاستخدام القوة على الأرض. "ولكن بمجرد أن تجد نفسك على الأرض ، فأنت الآن بحاجة إلى حساب القوى التي ستستخدمها حتى تتمكن من تحريك الجسم بشكل صحيح."
تحسب خوارزمية التحكم في التنبؤ بالنموذج الوضع التكاثري لجسم الروبوت وأرجله لمدة نصف ثانية في المستقبل إذا كانت أي قدم معينة تطبق القوة عندما تتلامس مع الأرض.
يقول كيم: "لنفترض أن شخصًا ما يركل الروبوت في الجانب". "عندما تكون القدم على الأرض بالفعل ، تقرر الخوارزمية القوة التي يجب أن أستخدمها في القدم؟ لأن لدي سرعة غير مرغوبة على اليسار ، لذلك أريد استخدام القوة في الاتجاه المعاكس لقتل هذه السرعة. إذا قمت بتطبيق 100 نيوتن في الاتجاه المعاكس ، فماذا سيحدث في نصف ثانية؟ "
تم تصميم الخوارزمية لإجراء هذه الحسابات لكل مرحلة كل 50 مللي ثانية أو 20 مرة في الثانية. في التجارب ، طبق الباحثون قوى غير متوقعة ، وركلوا ودفعوا الروبوت وهو يهرول على جهاز المشي ، ويجذب مقودته عندما كان يصعد السلالم بالعقبات. ووجد الباحثون أن خوارزمية التنبؤ تتيح للروبوت إنشاء قوى معارضة بسرعة لاستعادة التوازن ومواصلة المضي قدمًا دون الانحناء كثيرًا في الاتجاه المعاكس.
يقول كيم: "بفضل هذا التحكم الاستباقي ، يمكن استخدام القوى الصحيحة على الأرض جنبًا إلى جنب مع خوارزمية انتقال الاتصال ، مما يجعل كل اتصال سريعًا وآمنًا للغاية".
أضاف الفريق بالفعل كاميرات إلى الروبوت لإعطائه ملاحظات مرئية حول محيطهم. سيساعد هذا في عرض البيئة العامة وإعطاء الروبوت معلومات مرئية حول العقبات الكبيرة مثل الأبواب والجدران. ولكن في الوقت الحالي ، يعمل الفريق على تحسين الحركة العمياء للروبوت.
يقول كيم: "أولاً ، نحتاج إلى أداة تحكم جيدة جدًا بدون رؤية". "وعندما نضيف رؤية ، حتى لو كان بإمكانها إعطائك معلومات خاطئة ، يجب أن تكون القدم قادرة على التعامل مع العائق. لأنه إذا كان هذا ما لا ترى الكاميرا؟ ماذا سيفعل؟ هذا هو المكان الذي يمكن أن تساعد فيه الحركة العمياء. لا نريد أن نثق ببصرنا كثيرًا ".
تم دعم هذه الدراسة على وجه الخصوص من قبل Naver ومعهد أبحاث تويوتا و Foxconn وقسم أبحاث القوات الجوية.