Sekarang robot MIT Cheetah 3 dapat melompat dan melompati medan yang kasar, menaiki tangga yang dipenuhi puing-puing, dan dengan cepat mengembalikan keseimbangan.
Binatang mekanis seberat 90 pon - seukuran labrador besar - sengaja dirancang untuk semua ini tanpa bergantung pada kamera atau sensor lingkungan eksternal. Alih-alih, dia dengan tangkas "merasakan" jalannya melalui lingkungannya sedemikian rupa sehingga para insinyur menggambarkannya sebagai "gerakan buta", seperti menerobos ruang hitam.
"Ada banyak hal tak terduga yang harus dilakukan robot tanpa terlalu mengandalkan visi," kata perancang robot Sangbae Kim, seorang profesor teknik di MIT. “Visi bisa berisik, sedikit tidak akurat, dan kadang-kadang tidak dapat diakses, dan jika Anda terlalu bergantung pada visi, robot Anda harus sangat akurat dan pada akhirnya akan lambat. Karena itu, kami ingin robot lebih mengandalkan informasi sentuhan. Dengan demikian, ia dapat mengatasi rintangan yang tak terduga dan pada saat yang sama bergerak cepat. "
Pada bulan Oktober, di Konferensi Internasional tentang Robot Cerdas di Madrid, peneliti akan menyajikan kemampuan robot tanpa penglihatan. Selain gerakan buta, tim akan mendemonstrasikan peralatan robot yang ditingkatkan, termasuk rentang gerak yang lebih luas dibandingkan dengan pendahulunya Cheetah 2, yang memungkinkan robot untuk merentangkan maju dan mundur dari sisi ke sisi, mirip dengan yang ada di video sebelum melompat.
Kim menyarankan bahwa selama beberapa tahun ke depan, robot akan menyelesaikan tugas yang seharusnya terlalu berbahaya atau tidak dapat diakses manusia.
“Cheetah 3 dirancang untuk melakukan tugas-tugas universal, seperti memeriksa pembangkit listrik, yang mencakup berbagai kondisi medan, termasuk tangga, trotoar, dan rintangan di tanah,” kata Kim. “Saya pikir ada banyak waktu ketika kami ingin mengirim robot untuk melakukan tugas-tugas sederhana, bukan manusia. Pekerjaan berbahaya, kotor, dan sulit dapat dilakukan jauh lebih aman dengan bantuan robot yang dikendalikan dari jarak jauh. "
Algoritma pengambilan keputusan
Cheetah 3 dapat naik secara membabi buta menaiki tangga dan melalui medan yang tidak terstruktur dan dapat dengan cepat mengembalikan keseimbangan dalam menghadapi kekuatan tak terduga berkat dua algoritma baru yang dikembangkan oleh tim Kim: algoritma deteksi kontak dan algoritma prediksi kontrol.
Algoritme deteksi kontak membantu robot menentukan waktu terbaik untuk kaki saat ini untuk beralih dari goyang di udara untuk berdiri di tanah.
"Ketika beralih dari udara ke darat, beralih harus sangat baik," kata Kim.
Algoritme deteksi kontak membantu robot menentukan waktu terbaik bagi kaki untuk bergerak di antara osilasi dan langkah, terus-menerus menghitung setiap probabilitas tiga kaki: probabilitas kaki menghubungi tanah, kemungkinan menciptakan kekuatan setelah kaki menyentuh tanah, dan probabilitas bahwa kaki akan berada di tengah . Algoritma menghitung probabilitas ini berdasarkan data dari giroskop, akselerometer, dan posisi sendi kaki, yang merekam sudut dan ketinggian kaki relatif terhadap tanah.
Jika, misalnya, robot tiba-tiba menginjak balok kayu, tubuhnya akan tiba-tiba menekuk, menggeser sudut dan tinggi robot. Data ini akan segera diserahkan ke perhitungan tiga probabilitas untuk setiap kaki, yang digabungkan algoritma untuk menilai apakah setiap kaki harus membuat poin turun, atau naik turun untuk menjaga keseimbangan - selama ini robot hampir buta.
“Jika orang memejamkan mata dan mengambil langkah, kita memiliki model mental tentang di mana bumi bisa berada, dan dapat bersiap untuk itu. Tapi kami juga mengandalkan sentuhan bumi, kata Kim. "Kami melakukan hal yang sama, menggabungkan beberapa sumber informasi untuk menentukan waktu transisi."
Peneliti menguji algoritma dalam percobaan dengan menjalankan Cheetah 3 di treadmill laboratorium dan menaiki tangga. Kedua permukaan dipenuhi dengan benda-benda acak seperti balok kayu dan gulungan pita.
"Dia tidak tahu ketinggian setiap langkah dan tidak tahu bahwa ada hambatan di tangga, tetapi dia hanya berjalan tanpa kehilangan keseimbangan," kata Kim. "Tanpa algoritma ini, robot akan sangat tidak stabil dan mudah jatuh."
Rencana masa depan
Gerakan buta robot juga sebagian dipicu oleh algoritma perkiraan kontrol, yang memprediksi kekuatan apa yang harus diterapkan pada kaki yang diberikan segera setelah ia mengambil langkah.
“Algoritma pendeteksian kontak akan memberi tahu Anda:“ Waktunya telah tiba untuk menggunakan kekuatan di darat, ”kata Kim. "Tapi begitu kamu menemukan dirimu di bumi, sekarang kamu perlu menghitung kekuatan apa yang digunakan sehingga kamu bisa menggerakkan tubuh dengan benar."
Algoritma kontrol prediksi model menghitung posisi multiplikasi tubuh dan kaki robot selama setengah detik di masa depan jika ada kaki yang diberikan kekuatan ketika bersentuhan dengan tanah.
"Katakanlah seseorang menendang robot di samping," kata Kim. “Ketika kaki sudah di tanah, algoritma memutuskan kekuatan apa yang harus saya gunakan pada kaki? Karena saya memiliki kecepatan yang tidak diinginkan di sebelah kiri, jadi saya ingin menggunakan kekuatan dalam arah yang berlawanan untuk membunuh kecepatan ini. Jika saya menerapkan 100 Newton pada arah yang berlawanan, apa yang akan terjadi dalam setengah detik? "
Algoritma ini dirancang untuk melakukan perhitungan ini untuk setiap tahap setiap 50 milidetik atau 20 kali per detik. Dalam percobaan, para peneliti menerapkan kekuatan tak terduga, menendang dan mendorong robot saat ia berlari di treadmill, dan menarik-narik tali pengikatnya saat ia menaiki tangga dengan rintangan. Mereka menemukan bahwa algoritma prediksi memungkinkan robot untuk dengan cepat menciptakan kekuatan lawan untuk mengembalikan keseimbangan dan terus bergerak maju tanpa condong terlalu jauh ke arah yang berlawanan.
"Berkat kontrol proaktif ini, gaya yang benar di lapangan dapat digunakan bersama dengan algoritma transisi kontak ini, yang membuat setiap kontak sangat cepat dan aman," kata Kim.
Tim telah menambahkan kamera ke robot untuk memberinya umpan balik visual tentang lingkungan mereka. Ini akan membantu dalam menampilkan lingkungan keseluruhan dan memberikan informasi visual robot tentang hambatan besar seperti pintu dan dinding. Namun saat ini, tim sedang berupaya untuk lebih meningkatkan pergerakan buta robot.
"Pertama, kita membutuhkan pengontrol yang sangat bagus tanpa penglihatan," kata Kim. “Dan ketika kita menambahkan visi, bahkan jika itu bisa memberimu informasi yang salah, kaki harus bisa mengatasi rintangan itu. Karena jika ini yang tidak dilihat kamera? Apa yang akan dia lakukan? Di sinilah gerakan buta dapat membantu. Kami tidak ingin terlalu mempercayai penglihatan kami. "
Penelitian ini didukung khususnya oleh Naver, Institut Penelitian Toyota, Foxconn, dan Departemen Penelitian Angkatan Udara.