Pełnoskalowa manipulacja z SI

fot. pixabay

Prace sfinansowane częściowo przez amerykańskie NSF (National Science Foundation) i opublikowane w IEEE Transactions on Robotics wykazują, że inżynierowie opracowali metodę umożliwiającą robotom wykonywanie zadań wymagających dużej liczby kontaktów z manipulowanym obiektem, realizując przy tym proste obliczenia.

Według NSF roboty nadal znacznie odbiegają od ludzi w wykonywaniu rutynowych zadań fizycznych, takich jak noszenie nieporęcznego pudła w ramionach. Uważa się, że przedstawione wyniki prac stanowią duży krok wykonany w kierunku wypełnienia tej luki technologicznej.

Roboty zazwyczaj mają trudności z planowaniem manipulacji całym ciałem, podczas gdy człowiek jest w stanie wykorzystać jednocześnie ręce, nogi czy tułów do wykonania ruchu lub podniesienia obiektu. Za każdym razem, gdy kontakt zostaje nawiązany lub zerwany, równania matematyczne opisujące ruch robota są obliczane na nowo. W związku z tym ruchy odpowiadające każdemu możliwemu wzorowi kontaktu muszą być obliczane niezależnie, co szybko prowadzi do konfrontacji z trudnym zadaniem obliczeniowym.

Do planowania manipulacji z wielokrotnym kontaktem, aby wygładzić nagłe zmiany w równaniach dynamicznych spowodowane zmianą relacji robota z obiektem, wykorzystano uczenie się przez wzmocnienie. Proces ten nadal wymaga obliczenia wielu różnych równań, jednak naukowcy z MIT odkryli jak osiągnąć pożądany efekt bez konieczności kalkulacji dużej ilości pełnych trajektorii.

Nowa metoda, będąca jeszcze na wczesnym etapie rozwoju, mogłaby umożliwić fabrykom stosowanie mniejszych mobilnych robotów, które mogłyby manipulować obiektami za pomocą pełnych ramion lub konstrukcji. Ponadto wykorzystanie tej techniki może umożliwić robotom wysyłanym na misje eksploracji kosmosu szybkie dostosowywanie się do środowiska przy użyciu wyłącznie komputera pokładowego.

Naukowcy zaprojektowali prosty model, który koncentruje się na podstawowych interakcjach robot-obiekt. Połączyli go z algorytmem, który może szybko i skutecznie przeszukiwać przestrzeń wszystkich możliwych decyzji, jakie może podjąć maszyna. Dzięki tej kombinacji czas obliczeń został skrócony do około minuty, przy założeniu wykorzystania do tego celu biurowego laptopa.

Naukowcy przetestowali swoje podejście w symulacjach, w których robotycznym dłoniom przydzielano zadania, takie jak przesuwanie długopisu, otwieranie drzwi lub podnoszenie talerza. W każdym przypadku podejście oparte na nowym modelu osiągnęło taką samą wydajność jak inne techniki, ale przy wykorzystaniu ułamka potrzebnego czasu. Badacze zaobserwowali podobne wyniki, testując swój model na prawdziwych manipulatorach.

W przyszłości inżynierowie planują udoskonalić swoją metodę w taki sposób, aby pozwalała planować dynamiczne ruchy, takie jak rzucanie piłką lub innym przedmiotem, nadając mu przy tym odpowiedni spin.

(rr)