Maintenant, le robot Cheetah 3 MIT peut sauter et sauter sur un terrain accidenté, monter des escaliers jonchés de débris et rétablir rapidement l'équilibre.
Une bête mécanique de 90 livres - la taille d'un grand labrador - est intentionnellement conçue pour tout cela sans compter sur des caméras ou des capteurs environnementaux externes. Au lieu de cela, il «sent» agilement son chemin à travers son environnement de telle manière que les ingénieurs le décrivent comme un «mouvement aveugle», tout comme percer une pièce noire.
«Il y a beaucoup de choses inattendues qu'un robot doit faire sans trop s'appuyer sur la vision», a déclaré Sangbae Kim, concepteur de robot, professeur agrégé d'ingénierie au MIT. «La vision peut être bruyante, légèrement inexacte et parfois inaccessible, et si vous comptez trop sur la vision, votre robot doit être très précis et sera finalement lent. Par conséquent, nous voulons que le robot s'appuie davantage sur des informations tactiles. Ainsi, il peut faire face à des obstacles inattendus et en même temps se déplacer rapidement. "
En octobre, lors de la Conférence internationale sur les robots intelligents à Madrid, les chercheurs présenteront les capacités du robot sans vision. En plus des mouvements aveugles, l'équipe présentera un équipement de robot amélioré, y compris une gamme de mouvement étendue par rapport à son prédécesseur Cheetah 2, qui permet au robot de s'étirer d'avant en arrière et de tourner d'un côté à l'autre, similaire à celui de la vidéo avant de sauter.
Kim suggère qu'au cours des prochaines années, le robot accomplira des tâches qui seraient autrement trop dangereuses ou inaccessibles aux humains.
"Le Cheetah 3 est conçu pour effectuer des tâches universelles, telles que l'inspection des centrales électriques, qui comprend diverses conditions de terrain, y compris les escaliers, les bordures et les obstacles au sol", explique Kim. «Je pense qu'il y a d'innombrables fois où nous avons voulu envoyer des robots pour effectuer des tâches simples au lieu des humains. Un travail dangereux, sale et difficile peut être effectué de manière beaucoup plus sûre à l'aide de robots télécommandés. "
Algorithme de prise de décision
Cheetah 3 peut grimper aveuglément dans les escaliers et à travers un terrain non structuré et peut rapidement rétablir l'équilibre face à des forces inattendues grâce à deux nouveaux algorithmes développés par l'équipe Kim: l'algorithme de détection de contact et l'algorithme de prédiction de contrôle.
L'algorithme de détection de contact aide le robot à déterminer le meilleur moment pour que la jambe actuelle passe du basculement en l'air à la position au sol.
«Quand il s'agit de passer de l'air au sol, la commutation devrait être très bonne», explique Kim.
L'algorithme de détection de contact aide le robot à déterminer le meilleur moment pour que la jambe se déplace entre les oscillations et le pas, calculant constamment pour chaque jambe trois probabilités: la probabilité que la jambe touche le sol, la probabilité de créer de la force après que la jambe touche le sol et la probabilité que la jambe soit au milieu . L'algorithme calcule ces probabilités en fonction des données des gyroscopes, des accéléromètres et des positions des articulations des jambes, qui enregistrent l'angle et la hauteur des jambes par rapport au sol.
Si, par exemple, un robot marche soudainement sur un bloc de bois, son corps se plie soudainement, changeant l'angle et la hauteur du robot. Ces données seront immédiatement soumises au calcul de trois probabilités pour chaque jambe, que l'algorithme combinera pour évaluer si chaque pied doit faire des points vers le bas, ou monter et descendre pour maintenir l'équilibre - pendant tout ce temps, le robot est presque aveugle.
«Si les gens ferment les yeux et font un pas, nous avons un modèle mental pour savoir où peut être la terre et nous pouvons nous y préparer. Mais nous comptons également sur le toucher de la terre, dit Kim. "Nous faisons de même, en combinant plusieurs sources d'informations pour déterminer le temps de transition."
Les chercheurs ont testé l'algorithme lors d'expériences avec le fonctionnement du Cheetah 3 sur un tapis roulant de laboratoire et ont monté les escaliers. Les deux surfaces étaient jonchées d'objets aléatoires tels que des blocs de bois et des rouleaux de ruban.
«Il ne connaît pas la hauteur de chaque marche et ne sait pas qu'il y a des obstacles dans les escaliers, mais il marche simplement sans perdre son équilibre», explique Kim. «Sans cet algorithme, le robot serait très instable et tomberait facilement.»
Plans futurs
Le mouvement aveugle du robot a également été partiellement déclenché par l'algorithme de prévision de contrôle, qui prédit quelle force doit être appliquée à une jambe donnée dès qu'il fait un pas.
«L'algorithme de détection des contacts vous dira:« Le moment est venu d'utiliser la force au sol », explique Kim. "Mais dès que vous vous trouvez sur terre, vous devez maintenant calculer les forces à utiliser afin de pouvoir déplacer le corps correctement."
L'algorithme de contrôle de prédiction du modèle calcule la position multiplicative du corps et des jambes du robot pendant une demi-seconde à l'avenir si un pied donné applique une force lorsqu'il entre en contact avec le sol.
«Disons que quelqu'un donne un coup de pied au robot sur le côté», explique Kim. «Lorsque le pied est déjà au sol, l'algorithme décide quelle force dois-je utiliser sur le pied? Parce que j'ai une vitesse indésirable sur la gauche, je veux donc utiliser la force dans la direction opposée pour tuer cette vitesse. Si j'applique 100 Newtons dans la direction opposée, que se passera-t-il en une demi-seconde? »
L'algorithme est conçu pour effectuer ces calculs pour chaque étape toutes les 50 millisecondes ou 20 fois par seconde. Dans les expériences, les chercheurs ont exercé des forces inattendues, donnant des coups de pied et poussant le robot alors qu'il trottait sur le tapis roulant, et tirant sa laisse alors qu'il montait les escaliers avec des obstacles. Ils ont constaté que l'algorithme de prédiction permet au robot de créer rapidement des forces opposées pour rétablir l'équilibre et continuer d'avancer sans trop se pencher dans la direction opposée.
«C'est grâce à ce contrôle proactif que les bonnes forces au sol peuvent être utilisées en conjonction avec cet algorithme de transition de contact, ce qui rend chaque contact très rapide et sûr», explique Kim.
L'équipe a déjà ajouté des caméras au robot pour lui donner un retour visuel sur leur environnement. Cela aidera à afficher l'environnement global et donnera au robot des informations visuelles sur les grands obstacles tels que les portes et les murs. Mais pour le moment, l'équipe travaille à améliorer davantage le mouvement aveugle du robot.
«Nous avons d'abord besoin d'un très bon contrôleur sans vision», explique Kim. «Et lorsque nous ajoutons la vision, même si elle peut vous donner des informations erronées, le pied doit être capable de faire face à l'obstacle. Parce que si c'est ce que la caméra ne voit pas? Que va-t-il faire? C'est là que le mouvement aveugle peut aider. Nous ne voulons pas trop faire confiance à notre vue. "
Cette étude a été soutenue notamment par Naver, le Toyota Research Institute, Foxconn et le Air Force Research Department.