Ahora el robot Cheetah 3 MIT puede saltar y saltar sobre terreno irregular, subir escaleras llenas de escombros y restablecer rápidamente el equilibrio.
Una bestia mecánica de 90 libras, del tamaño de un gran labrador, está diseñada intencionalmente para todo esto sin depender de cámaras o sensores ambientales externos. En cambio, él "siente" ágilmente su camino a través de su entorno de tal manera que los ingenieros lo describen como "movimiento ciego", al igual que irrumpir en una habitación negra.
"Hay muchas cosas inesperadas que un robot tiene que hacer sin depender demasiado de la visión", dijo el diseñador de robots Sangbae Kim, profesor asociado de ingeniería en el MIT. “La visión puede ser ruidosa, ligeramente inexacta y, a veces, inaccesible, y si confía demasiado en la visión, su robot debe ser muy preciso y, en última instancia, lento. Por lo tanto, queremos que el robot confíe más en la información táctil. Por lo tanto, puede hacer frente a obstáculos inesperados y al mismo tiempo moverse rápidamente ".
En octubre, en la Conferencia Internacional sobre Robots Inteligentes en Madrid, los investigadores presentarán las capacidades del robot sin visión. Además del movimiento ciego, el equipo demostrará un mejor equipo de robot, incluido un rango de movimiento extendido en comparación con su predecesor Cheetah 2, que permite que el robot se estire hacia adelante y hacia atrás y gire de lado a lado, de forma similar a la del video antes de saltar.
Kim sugiere que en los próximos años, el robot completará tareas que de otro modo serían demasiado peligrosas o inaccesibles para los humanos.
"El Cheetah 3 está diseñado para realizar tareas universales, como la inspección de plantas de energía, que incluye diversas condiciones del terreno, como escaleras, bordillos y obstáculos en el suelo", dice Kim. “Creo que hay innumerables ocasiones en las que queríamos enviar robots para realizar tareas simples en lugar de humanos. El trabajo peligroso, sucio y difícil se puede hacer mucho más seguro con la ayuda de robots controlados a distancia ".
Algoritmo de toma de decisiones
Cheetah 3 puede subir escaleras ciegamente y atravesar terreno no estructurado y puede restablecer rápidamente el equilibrio frente a fuerzas inesperadas gracias a dos nuevos algoritmos desarrollados por el equipo de Kim: algoritmo de detección de contacto y algoritmo de predicción de control.
El algoritmo de detección de contacto ayuda al robot a determinar el mejor momento para que la pierna actual cambie de balancearse en el aire para pararse en el suelo.
"Cuando se trata de cambiar de aire a tierra, el cambio debería ser muy bueno", dice Kim.
El algoritmo de detección de contacto ayuda al robot a determinar el mejor momento para que la pierna se mueva entre las oscilaciones y el paso, calculando constantemente para cada pierna tres probabilidades: la probabilidad de que la pierna entre en contacto con el suelo, la probabilidad de crear fuerza después de que la pierna toque el suelo y la probabilidad de que la pierna esté en el medio . El algoritmo calcula estas probabilidades basándose en datos de giroscopios, acelerómetros y posiciones de las articulaciones de las patas, que registran el ángulo y la altura de las patas en relación con el suelo.
Si, por ejemplo, un robot pisa repentinamente un bloque de madera, su cuerpo se doblará repentinamente, cambiando el ángulo y la altura del robot. Estos datos se enviarán inmediatamente al cálculo de tres probabilidades para cada tramo, que el algoritmo combinará para evaluar si cada pie debe hacer puntos hacia abajo o subir y bajar para mantener el equilibrio; todo este tiempo el robot está casi ciego.
“Si las personas cierran los ojos y dan un paso, tenemos un modelo mental de dónde puede estar la tierra y podemos prepararnos para ello. Pero también confiamos en el toque de la tierra, dice Kim. "Hacemos lo mismo, combinando varias fuentes de información para determinar el tiempo de transición".
Los investigadores probaron el algoritmo en experimentos con el funcionamiento del Cheetah 3 en una cinta de laboratorio y subieron las escaleras. Ambas superficies estaban llenas de objetos al azar, como bloques de madera y rollos de cinta.
"No sabe la altura de cada escalón y no sabe que hay obstáculos en las escaleras, pero simplemente camina sin perder el equilibrio", dice Kim. "Sin este algoritmo, el robot sería muy inestable y se caería fácilmente".
Planes futuros
El movimiento ciego del robot también fue parcialmente activado por el algoritmo de pronóstico de control, que predice qué fuerza se debe aplicar a una pierna determinada tan pronto como da un paso.
"El algoritmo de detección de contacto le dirá:" Ha llegado el momento de usar la fuerza en el suelo ", dice Kim. "Pero tan pronto como te encuentres en la tierra, ahora necesitas calcular qué fuerzas usar para que puedas mover el cuerpo correctamente".
El algoritmo de control de predicción del modelo calcula la posición multiplicativa del cuerpo y las piernas del robot durante medio segundo en el futuro si un pie determinado aplica fuerza cuando entra en contacto con el suelo.
"Digamos que alguien patea al robot en el costado", dice Kim. “Cuando el pie ya está en el suelo, ¿el algoritmo decide qué fuerza debo usar en el pie? Debido a que tengo una velocidad indeseable a la izquierda, entonces quiero usar la fuerza en la dirección opuesta para matar esta velocidad. Si aplico 100 Newtons en la dirección opuesta, ¿qué sucederá en medio segundo?
El algoritmo está diseñado para realizar estos cálculos para cada etapa cada 50 milisegundos o 20 veces por segundo. En los experimentos, los investigadores aplicaron fuerzas inesperadas, pateando y empujando al robot mientras trotaba en la cinta y tirando de su correa mientras subía las escaleras con obstáculos. Descubrieron que el algoritmo de predicción permite al robot crear rápidamente fuerzas opuestas para restablecer el equilibrio y seguir avanzando sin inclinarse demasiado en la dirección opuesta.
"Es gracias a este control proactivo que las fuerzas correctas en el suelo se pueden utilizar junto con este algoritmo de transición de contacto, que hace que cada contacto sea muy rápido y seguro", dice Kim.
El equipo ya ha agregado cámaras al robot para darle retroalimentación visual sobre su entorno. Esto ayudará a mostrar el entorno general y le dará al robot información visual sobre grandes obstáculos como puertas y paredes. Pero en este momento, el equipo está trabajando para mejorar aún más el movimiento ciego del robot.
"Primero necesitamos un muy buen controlador sin visión", dice Kim. “Y cuando agregamos visión, incluso si puede darle información incorrecta, el pie debería ser capaz de hacer frente al obstáculo. Porque si esto es lo que la cámara no ve? ¿Qué va a hacer él? Aquí es donde el movimiento ciego puede ayudar. No queremos confiar demasiado en nuestra vista ".
Este estudio fue apoyado en particular por Naver, el Instituto de Investigación Toyota, Foxconn y el Departamento de Investigación de la Fuerza Aérea.