Leaps and Bounds: The Breakneck Progress of Robot Agility

Όταν ο Charles Rosen, ο A.I. πρωτοπόρος που ίδρυσε το Κέντρο Τεχνητής Νοημοσύνης της SRI International, κλήθηκε να βρει ένα όνομα για το το πρώτο κινητό ρομπότ γενικής χρήσης στον κόσμο, σκέφτηκε για μια στιγμή και μετά είπε: «Λοιπόν, τρέμει σαν κόλαση όταν κινείται. Ας το ονομάσουμε Shakey».

Κάποια παραλλαγή αυτής της ιδέας έχει διαποτίσει μεγάλο μέρος της ιστορίας της σύγχρονης ρομποτικής. Τα ρομπότ, υποθέτουμε συχνά, είναι βαριές μηχανές με τόση χάρη όσο το κυριακάτικο μεσημεριανό γεύμα ενός άθεου. Ακόμη και ταινίες επιστημονικής φαντασίας έχουν επανειλημμένα φανταστεί τα ρομπότ ως άχαρα δημιουργήματα που περπατούν με αργά, ακινητοποιημένα βήματα.

Αυτή η ιδέα απλώς δεν ευθυγραμμίζεται πλέον με την πραγματικότητα.

Πρόσφατα, μια ομάδα ερευνητών από το Εργαστήριο Δυναμικής Ρομποτικής στην Πολιτεία του Όρεγκον πήρε ένα από τα Ρομπότ Cassie, ένα ζευγάρι πόδια ρομπότ περπατώντας που μοιάζει με τα κάτω άκρα στρουθοκαμήλου, σε ένα αθλητικό γήπεδο για να δοκιμάσουν τους πιο πρόσφατους αλγόριθμους του εργαστηρίου «δίποδου βηματισμού». Μόλις έφτασε εκεί, το ρομπότ πήδηξε, περπάτησε, όρμησε και κάλπασε, εναλλάσσοντας απρόσκοπτα κάθε τύπο κίνησης χωρίς να χρειάζεται να επιβραδύνει. Ήταν μια εντυπωσιακή επίδειξη και μια επίδειξη που μιλά για την ευελιξία των σημερινών ρομπότ με πόδια — ειδικά όταν εμπλέκεται λίγη εκπαίδευση βασισμένη στη βαθιά μάθηση.

«Συνήθως, όταν οι άνθρωποι εφαρμόζουν τη βαθιά ενισχυτική μάθηση στη ρομποτική, χρησιμοποιούν συναρτήσεις ανταμοιβής που καταλήγουν στην ανταμοιβή του νευρωνικού δικτύου για τη στενή μίμηση μιας τροχιάς αναφοράς». Jonah Siekmann, ένας από τους ερευνητές του έργου, είπε στο Digital Trends. «Η συλλογή αυτής της τροχιάς αναφοράς στην πρώτη θέση μπορεί να είναι αρκετά δύσκολη, και αφού έχετε ένα «τρέξιμο» τροχιά αναφοράς, δεν είναι πολύ σαφές εάν μπορείτε επίσης να το χρησιμοποιήσετε για να μάθετε μια συμπεριφορά «παραπήδησης» ή ακόμα και «περπάτημα» η ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ."

Στο έργο του OSU, η ομάδα δημιούργησε ένα παράδειγμα ανταμοιβής που απέρριψε εντελώς την ιδέα των τροχιών αναφοράς. Αντίθετα, χωρίζει κομμάτια χρόνου σε «φάσεις», τιμωρώντας το ρομπότ επειδή έχει ένα συγκεκριμένο πόδι στο έδαφος κατά τη διάρκεια μιας συγκεκριμένης φάσης, ενώ του επιτρέπει να το κάνει σε άλλα σημεία. Στη συνέχεια, το νευρωνικό δίκτυο ανακαλύπτει «όλα τα σκληρά πράγματα» - όπως η θέση στην οποία πρέπει να βρίσκονται οι αρθρώσεις, πόση ροπή πρέπει να εφαρμοστεί σε κάθε άρθρωση, πώς να παραμείνετε σταθεροί και όρθιοι — για να δημιουργήσετε ένα μοντέλο σχεδίασης με βάση τις ανταμοιβές που διευκολύνει ρομπότ όπως η Cassie να μάθουν σχεδόν οποιοδήποτε δίποδο βάδισμα βρίσκεται στο φύση.

Πρόβλεψη του μέλλοντος

Είναι ένα εντυπωσιακό κατόρθωμα, σίγουρα. Αλλά φέρνει επίσης ένα ευρύτερο ερώτημα: Πώς στο Γη τα ρομπότ έγιναν τόσο ευκίνητα; Ενώ ακόμα δεν υπάρχει έλλειψη βίντεο στο διαδίκτυο δείχνει ρομπότ να καταρρέουν όταν τα πράγματα πάνε στραβά, δεν υπάρχει επίσης καμία αμφιβολία ότι η συνολική πορεία που ακολουθούν είναι αυτή που κατευθύνεται προς την εντυπωσιακά ομαλή μετακίνηση. Κάποτε η ιδέα ενός ρομπότ που γυρίζει σαν πόνυ ή εκτελεί ένα τέλεια αθλητική ρουτίνα θα ήταν τραβηγμένο ακόμα και για μια ταινία. Το 2020, τα ρομπότ φτάνουν εκεί.

Ωστόσο, η πρόβλεψη αυτών των προόδων δεν είναι εύκολη. Δεν υπάρχει απλή παρατήρηση τύπου Moore's Law που να καθιστά εύκολη τη χαρτογράφηση της διαδρομής που ακολουθούν τα ρομπότ από τις βαριές μηχανές σε ομαλούς χειριστές.

Ο νόμος του Moore αναφέρεται στην παρατήρηση του μηχανικού της Intel, Gordon Moore, το 1965 ότι, κάθε ένα έως δύο χρόνια, ο αριθμός των εξαρτημάτων που θα μπορούσαν να συμπιεστούν σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα θα διπλασιάζεται. Ενώ υπάρχει ένα επιχείρημα που πρέπει να προβληθεί ότι εμείς μπορεί τώρα να αγγίζει τα όρια του νόμου του Moore, ένας ερευνητής, ας πούμε, το 1991 θα μπορούσε ρεαλιστικά να βρει, στο πίσω μέρος ενός φακέλου, πού θα μπορούσαν να βρίσκονται οι δυνατότητες υπολογιστών, από πλευράς υπολογισμών, το 2021. Τα πράγματα είναι πιο περίπλοκα για τα ρομπότ.

«Αν και ο νόμος του Moore προέβλεψε εκπληκτικά καλά την τάση στην υπολογιστική ισχύ, προβλέποντας Η τάση στα ρομπότ με πόδια είναι σαν να κοιτάς μια κρυστάλλινη σφαίρα», δήλωσε ο Christian Gehring, επικεφαλής τεχνολογίας αξιωματικός στο ANYbotics AG, μια ελβετική εταιρεία που κατασκευάζει ρομπότ με πόδια που χρησιμοποιούνται ήδη για εργασίες όπως αυτόνομη επιθεώρηση υπεράκτιων ενεργειακών πλατφορμών, είπε στο Digital Trends. «Ουσιαστικά, τα ρομπότ με πόδια είναι συστήματα υψηλής ενσωμάτωσης που βασίζονται σε πολλές διαφορετικές τεχνολογίες όπως αποθήκευση ενέργειας, ανίχνευση, δράση, υπολογιστές, δικτύωση και νοημοσύνη».

Είναι η πρόοδος σε αυτή τη συγχώνευση διαφορετικών τεχνολογιών που συνεργάζονται που κάνουν τα σημερινά ρομπότ τόσο ισχυρά. Είναι επίσης αυτό που τους κάνει δύσκολο να προβλέψουν όσο αφορά τον οδικό χάρτη της μελλοντικής ανάπτυξης. Για να κατασκευαστούν τα είδη ρομπότ που θα ήθελαν οι ρομποτικοί, πρέπει να υπάρξει πρόοδος στη δημιουργία τους μικρές και ελαφριές μπαταρίες, δυνατότητες αίσθησης και αντίληψης, κυψελοειδείς επικοινωνίες και πολλά άλλα. Όλα αυτά θα πρέπει να συνεργαστούν με την πρόοδο σε πεδία όπως το dee- learning A.I. για να δημιουργήσετε το είδη μηχανών που θα διώξουν για πάντα τις εικόνες από βαριά ρομπότ επιστημονικής φαντασίας που μεγαλώσαμε παρακολουθώντας ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ.

Μικρότερο, φθηνότερο, καλύτερο

Τα καλά νέα είναι ότι συμβαίνει. Ενώ ο νόμος του Moore οδηγεί σε προόδους από την πλευρά του λογισμικού, βασικά στοιχεία υλικού είναι γίνεται μικρότερο και φθηνότερο επίσης. Δεν είναι τόσο τακτοποιημένο όσο η διατύπωση του Gordon Moore, αλλά συμβαίνει.

«Ακόμα και με το δικό μας Επίδειξη επιστήμης Atreus [ρομπότ] πριν από έξι ή οκτώ χρόνια, οι ενισχυτές ισχύος για τη λειτουργία των κινητήρων μας ήταν αυτά τα τούβλα των τριών λιβρών. ήταν μεγάλοι», Jonathan Hurst, συνιδρυτής του Agility Robotics, που κατασκεύασε το προαναφερθέν ρομπότ Cassie, είπε στο Digital Trends. «Από τότε, έχουμε αυτούς τους μικρούς, μικροσκοπικούς ενισχυτές που έχουν την ίδια ποσότητα ρεύματος, την ίδια ποσότητα τάσης και μας δίνουν πολύ καλό έλεγχο της ροπής εξόδου των κινητήρων μας. Και είναι μικροσκοπικά - μόνο μια ίντσα επί δύο ίντσες επί μια μισή ίντσα ύψος ή κάτι τέτοιο. Έχουμε 10 από αυτά στο Cassie. Αυτό αθροίζεται. Έχετε ένα τούβλο τριών λιβρών που είναι έξι ίντσες επί τέσσερις ίντσες επί τέσσερις ίντσες έναντι ίσως μερικές ουγγιές που είναι μία ίντσα επί δύο ίντσες. Κάνει μεγάλη διαφορά με πράγματα όπως τα ηλεκτρονικά ισχύος».

Ο Hurst είπε ότι πιστεύει ότι τα ρομπότ με πόδια βρίσκονται ακόμα στα πρώτα στάδια της πορείας τους για να γίνουν πανταχού παρόντα τεχνολογίες που όχι μόνο μπορούν να κινούνται με φυσιοκρατικό τρόπο όπως οι άνθρωποι, αλλά να λειτουργούν απρόσκοπτα παράλληλα τους. Μερικές από αυτές τις προκλήσεις θα ξεπεράσουν πολύ τις χαριτωμένες (αλλά εξαιρετικά εντυπωσιακές) επιδείξεις όπως το να κάνεις ρομπότ να κυνηγούν σαν πόνι. Αλλά η κατασκευή εξυπνότερων μηχανών που μπορούν να κατακτήσουν διαφορετικά είδη κίνησης και να τους εμπιστευόμαστε ότι λειτουργούν στον πραγματικό κόσμο, είναι σίγουρα ένα σημαντικό βήμα.

Είναι ένα βήμα (ή βήματα) που τα ρομπότ που περπατούν γίνονται όλο και καλύτερα συνεχώς.

Συστάσεις των συντακτών

• Εξωσκελετοί με αυτόματο πιλότο: Μια ματιά στο εγγύς μέλλον της wearable ρομποτικής
• Καλός στο StarCraft; Η DARPA θέλει να εκπαιδεύσει στρατιωτικά ρομπότ με τα εγκεφαλικά σας κύματα
• Το νέο ρομπότ του MIT μπορεί να παίξει το αγαπημένο παιχνίδι όλων των μπλοκ στοίβαξης, το Jenga
• Το υποβρύχιο ρομπότ άλματος παρουσιάζει εκπληκτικές ικανότητες άλματος εμπνευσμένες από τη φύση
• Το μαλακό ρομποτικό χέρι δίνει στους επιστήμονες νέα λαβή για τη ζωή στα βαθιά νερά