Manipulując arkadowym pazurem, gracz może zaplanować wszystko, co chce. Ale kiedy naciśnie przycisk joysticka, jest to gra w oczekiwanie. Jeśli pazur nie trafi w cel, będzie musiała zacząć od zera, aby mieć kolejną szansę na nagrodę.
Powolne i celowe podejście arkadowego pazura jest podobne do najnowocześniejszych robotów typu pick-and-place, które wykorzystują planistów wysokiego poziomu do przetwarzania obrazów wizualnych i planowania serii ruchów w celu złapania obiektu. Jeśli chwytak nie trafi w cel, wraca do punktu wyjścia, gdzie kontroler musi opracować nowy plan.
Chcąc nadać robotom bardziej zwinny, podobny do ludzkiego dotyk, inżynierowie z MIT opracowali teraz chwytak, który chwyta odruchowo. Zamiast zaczynać od zera po nieudanej próbie, robot zespołu dostosowuje się w jednej chwili, aby odruchowo przetoczyć, chwycić lub uszczypnąć przedmiot, aby uzyskać lepszy chwyt. Jest w stanie przeprowadzić te „ostatnie centymetrowe” korekty (riff na temat problemu z dostawą „ostatniej mili”) bez angażowania planisty wyższego poziomu, podobnie jak osoba może grzebać w ciemności w poszukiwaniu szklanki przy łóżku bez większego świadomego myślenia.
Nowy projekt jest pierwszym, który uwzględnia refleks w architekturze planowania robotów. Na razie system jest dowodem słuszności koncepcji i zapewnia ogólną strukturę organizacyjną do osadzania odruchów w systemie robotów. Idąc dalej, naukowcy planują zaprogramować bardziej złożone odruchy, aby umożliwić zwinne, elastyczne maszyny, które mogą pracować z ludźmi i wśród ludzi w ciągle zmieniających się warunkach.
„W środowiskach, w których ludzie żyją i pracują, zawsze będzie niepewność” — mówi Andrew SaLoutos, absolwent Wydziału Inżynierii Mechanicznej MIT. „Ktoś mógłby położyć coś nowego na biurku, przesunąć coś w pokoju socjalnym lub dodać dodatkowe naczynie do zlewu. Mamy nadzieję, że robot z refleksem mógłby się przystosować i pracować z tego rodzaju niepewnością”.
SaLoutos i jego współpracownicy przedstawią referat na temat swojego projektu w maju na Międzynarodowej Konferencji IEEE na temat Robotyki i Automatyki (ICRA). Jego współautorami z MIT są postdoc Hongmin Kim, doktorant Elijah Stanger-Jones, Menglong Guo SM ’22 oraz profesor inżynierii mechanicznej Sangbae Kim, dyrektor Biomimetic Robotics Laboratory na MIT.
Wysoki i niski
Wiele nowoczesnych chwytaków robotów zaprojektowano do stosunkowo powolnych i precyzyjnych zadań, takich jak powtarzalne łączenie tych samych części na fabrycznej linii montażowej. Systemy te zależą od danych wizualnych z kamer pokładowych; przetwarzanie tych danych ogranicza czas reakcji robota, zwłaszcza jeśli musi dojść do siebie po nieudanym uchwycie.
„Nie ma sposobu, aby zrobić zwarcie i powiedzieć, och, muszę coś teraz zrobić i szybko zareagować” – mówi SaLoutos. „Ich jedynym wyjściem jest po prostu zacząć od nowa. A to zajmuje dużo czasu obliczeniowo”.
W swojej nowej pracy zespół Kima zbudował bardziej refleksyjną i reaktywną platformę, używając szybkich, responsywnych siłowników, które pierwotnie opracowali dla mini geparda grupy – zwinnego, czworonożnego robota zaprojektowanego do biegania, skakania i szybkiego dostosowywania chodu do różne rodzaje terenu.
Projekt zespołu obejmuje szybkie ramię i dwa lekkie, wieloprzegubowe palce. Oprócz kamery zamontowanej na podstawie ramienia, zespół zastosował niestandardowe czujniki o dużej przepustowości na opuszkach palców, które natychmiast rejestrują siłę i lokalizację dowolnego kontaktu, a także bliskość palca do otaczających obiektów ponad 200 razy na drugi.
Naukowcy zaprojektowali system robotyczny w taki sposób, że planista wysokiego poziomu początkowo przetwarza dane wizualne sceny, zaznaczając aktualną lokalizację obiektu, w którym chwytak powinien go podnieść, oraz miejsce, w którym robot powinien go odłożyć. Następnie planista wyznacza ścieżkę dla ramienia, aby sięgnąć i chwycić przedmiot. W tym momencie kontrolę przejmuje kontroler odruchowy.
Jeśli chwytak nie chwyci przedmiotu, zamiast wycofać się i zacząć od nowa, jak robi to większość chwytaków, zespół napisał algorytm, który instruuje robota, aby szybko wykonał jeden z trzech manewrów chwytania, które nazywają „odruchami”. reakcja na pomiary w czasie rzeczywistym na wyciągnięcie ręki. Trzy odruchy uruchamiają się w ciągu ostatniego centymetra od robota zbliżającego się do obiektu i umożliwiają palcom chwytanie, szczypanie lub przeciąganie przedmiotu, aż będzie on lepiej trzymał.
Zaprogramowali odruchy do wykonania bez konieczności angażowania planisty wysokiego szczebla. Zamiast tego odruchy są zorganizowane na niższym poziomie decyzyjnym, dzięki czemu mogą reagować jakby instynktownie, zamiast konieczności dokładnej oceny sytuacji w celu zaplanowania optymalnej naprawy.
„To tak, jak zamiast mikrozarządzania i planowania przez dyrektora generalnego każdej pojedynczej rzeczy w firmie, budujesz system zaufania i delegujesz niektóre zadania do działów niższego szczebla” — mówi Kim. „Może nie jest to optymalne, ale pozwala firmie znacznie szybciej reagować. W wielu przypadkach oczekiwanie na optymalne rozwiązanie znacznie pogarsza sytuację lub jest nie do naprawienia”.
Czyszczenie poprzez odruch
Zespół zademonstrował refleks chwytaka, czyszcząc zagraconą półkę. Ustawili na półce różne przedmioty gospodarstwa domowego, w tym miskę, filiżankę, puszkę, jabłko i torebkę fusów po kawie. Pokazali, że robot był w stanie szybko dostosować swój chwyt do konkretnego kształtu każdego przedmiotu, aw przypadku fusów do gąbczastości. Spośród 117 prób chwytak szybko i skutecznie podnosił i umieszczał przedmioty w ponad 90 procentach przypadków, bez konieczności wycofywania się i rozpoczynania od nowa po nieudanym uchwyceniu.
Drugi eksperyment pokazał, jak robot może również zareagować w danym momencie. Kiedy badacze zmienili pozycję kubka, chwytak, pomimo braku wizualnej aktualizacji nowej lokalizacji, był w stanie ponownie wyregulować i zasadniczo dotykać, dopóki nie wyczuł kubka w swoim uchwycie. W porównaniu z podstawowym kontrolerem chwytania, odruchy chwytaka zwiększyły obszar udanych chwytów o ponad 55 procent.
Obecnie inżynierowie pracują nad włączeniem do systemu bardziej złożonych odruchów i manewrów chwytania, mając na celu zbudowanie ogólnego robota typu „podnieś i umieść”, zdolnego do przystosowania się do zagraconych i stale zmieniających się przestrzeni.
„Podniesienie filiżanki z czystego stołu – ten konkretny problem w robotyce został rozwiązany 30 lat temu” – zauważa Kim. „Ale bardziej ogólne podejście, takie jak zbieranie zabawek z pudełka na zabawki, a nawet książki z półki w bibliotece, nie zostało rozwiązane. Teraz dzięki odruchom myślimy, że pewnego dnia będziemy mogli wybierać i układać na wszystkie możliwe sposoby, aby robot mógłby potencjalnie posprzątać dom”.
Badania te były częściowo wspierane przez Laboratorium Zaawansowanej Robotyki firmy LG Electronics oraz Toyota Research Institute.
Wideo: https://youtu.be/XxDi-HEpXn4