Ludzie w naturalny sposób wykonują wiele złożonych zadań. Należą do nich siadanie, podnoszenie czegoś ze stołu i pchanie wózka. Czynności te obejmują różne ruchy i wymagają wielu kontaktów, co utrudnia zaprogramowanie robotów do ich wykonywania.
Niedawno profesor Eiichi Yoshida z Tokyo University of Science przedstawił pomysł interaktywnej platformy cyber-fizycznej człowieka (iCPH), która ma rozwiązać ten problem. Może pomóc zrozumieć i wygenerować systemy podobne do ludzkich z ruchami całego ciała bogatymi w kontakt. Jego prace zostały opublikowane w Frontiers in Robotics and AI.
Prof. Yoshida krótko opisuje podstawy platformy. „Jak sama nazwa wskazuje, iCPH łączy elementy fizyczne i cybernetyczne, aby uchwycić ruchy człowieka. Podczas gdy humanoidalny robot działa jak fizyczny bliźniak człowieka, cyfrowy bliźniak istnieje jako symulowany człowiek lub robot w cyberprzestrzeni. Ten ostatni jest modelowany za pomocą technik takich jak jak analiza układu mięśniowo-szkieletowego i robota. Dwa bliźniaki wzajemnie się uzupełniają”.
Badanie to stawia kilka kluczowych pytań. W jaki sposób humanoidy mogą naśladować ludzkie ruchy? W jaki sposób roboty mogą uczyć się i symulować ludzkie zachowania? I w jaki sposób roboty mogą płynnie i naturalnie wchodzić w interakcje z ludźmi? W tych ramach odnosi się do nich prof. Yoshida. Po pierwsze, w ramach iCPH ruch człowieka jest mierzony poprzez ilościowe określenie kształtu, struktury, kąta, prędkości i siły związanej z ruchem różnych części ciała. Dodatkowo rejestrowana jest również sekwencja kontaktów wykonanych przez człowieka. W rezultacie ramy umożliwiają ogólny opis różnych ruchów za pomocą równań różniczkowych i generowanie sieci ruchu kontaktowego, na której może działać humanoid.
Po drugie, cyfrowy bliźniak uczy się tej sieci za pomocą podejścia opartego na modelach i uczenia maszynowego. Są one ze sobą połączone metodą analitycznego obliczania gradientu. Ciągłe uczenie się uczy symulację robota, jak wykonać sekwencję kontaktu. Po trzecie, iCPH wzbogaca sieć ruchu kontaktowego poprzez rozszerzenie danych i stosuje technikę kwantyzacji wektorowej. Pomaga wyodrębnić symbole wyrażające język ruchu kontaktowego. W ten sposób platforma umożliwia generowanie ruchu kontaktowego w niedoświadczonych sytuacjach. Innymi słowy, roboty mogą eksplorować nieznane środowiska i wchodzić w interakcje z ludźmi za pomocą płynnych ruchów obejmujących wiele kontaktów.
W efekcie autor stawia trzy wyzwania. Dotyczą one ogólnych deskryptorów, ciągłego uczenia się i symbolizacji ruchu kontaktowego. Poruszanie się po nich jest niezbędne do realizacji iCPH. Po opracowaniu nowa platforma będzie miała wiele zastosowań.
„Dane z iCPH zostaną upublicznione i wykorzystane do rzeczywistych problemów w celu rozwiązywania problemów społecznych i przemysłowych. Roboty humanoidalne mogą uwolnić ludzi od wielu zadań związanych z poważnymi obciążeniami i poprawić ich bezpieczeństwo, takich jak podnoszenie ciężkich przedmiotów i praca w niebezpiecznych środowiskach. iCPH może być również używany do monitorowania zadań wykonywanych przez ludzi i pomaga zapobiegać dolegliwościom związanym z pracą. Wreszcie humanoidy mogą być zdalnie sterowane przez ludzi za pośrednictwem ich cyfrowych bliźniaków, co pozwoli humanoidom na instalację dużego sprzętu i transport obiektów “- mówi prof. Yoshida, w sprawie zastosowań iCPH.
Używając iCPH jako punktu zerowego i przy pomocy współpracy różnych społeczności badawczych, w tym robotyki, sztucznej inteligencji, neuronauki i biomechaniki, przyszłość robotów humanoidalnych nie jest daleko.