Skok a hranice: Prelomový pokrok robotickej agility

Keď Charles Rosen, A.I. priekopníka, ktorý založil Centrum umelej inteligencie SRI International, bol požiadaný, aby prišiel s názvom pre prvý univerzálny mobilný robot na svete, chvíľu sa zamyslel a potom povedal: „No, trasie sa to ako čert, keď sa to hýbe. Nazvime to Shakey."

Určité variácie tejto myšlienky prenikli do veľkej časti histórie modernej robotiky. Často sa domnievame, že roboty sú neohrabané stroje s rovnakou eleganciou ako ateistický nedeľný obed. Dokonca aj sci-fi filmy si opakovane predstavovali roboty ako nemotorné výtvory, ktoré kráčajú pomalými, zastavujúcimi krokmi.

Táto predstava už jednoducho nie je v súlade s realitou.

Nedávno skupina výskumníkov z laboratória dynamickej robotiky v štáte Oregon vzala jednu z univerzitných Roboty Cassie, pár chodiacich robotických nôh, ktoré pripomínajú dolné končatiny pštrosa, na športové ihrisko, aby si vyskúšali najnovšie algoritmy „bipedálnej chôdze“ v laboratóriu. Keď tam bol robot, poskakoval, kráčal, cválal a cval, pričom plynulo prepínal medzi jednotlivými typmi pohybu bez toho, aby musel spomaliť. Bola to pôsobivá ukážka a demonštrácia, ktorá hovorí o agilnosti súčasných robotov s nohami – najmä ak je do toho zapojený trochu tréningu založeného na hlbokom učení.

„Zvyčajne, keď ľudia aplikujú učenie s hlbokým posilňovaním v robotike, používajú funkcie odmeňovania, ktoré sa zmenšujú na odmeňovanie neurónovej siete za to, že presne napodobňuje referenčnú trajektóriu,“ Jonah Siekmann, jeden z výskumníkov projektu, povedal pre Digital Trends. „Zhromažďovanie tejto referenčnej trajektórie môže byť na prvom mieste dosť ťažké, a keď už máte „beh“ referenčnej trajektórie, nie je celkom jasné, či ju môžete použiť aj na naučenie sa „preskakovania“ alebo dokonca „chôdze“ správanie."

V práci OSU tím vytvoril paradigmu odmeňovania, ktorá úplne zrušila myšlienku referenčných trajektórií. Namiesto toho rozdeľuje kusy času do „fáz“, čím trestá robota za to, že má v určitej fáze špecifickú nohu na zemi, zatiaľ čo v iných bodoch mu to umožňuje. Neurónová sieť potom zistí „všetky ťažké veci“ – napríklad polohu, v ktorej by mali byť kĺby, koľko krútiaceho momentu použiť na každý kĺb, ako zostať stabilný a vzpriamený – na vytvorenie paradigmy dizajnu založenej na odmene, ktorá robotom ako Cassie uľahčí naučiť sa takmer akúkoľvek bipedálnu chôdzu prírody.

Predpovedanie budúcnosti

Je to impozantný výkon, to je isté. Prináša to však aj väčšiu otázku: Ako sa preboha roboti stali tak obratnými? Aj keď o videá online stále nie je núdza zobrazujúci kolabujúcich robotov keď sa veci pokazia, niet pochýb o tom, že celková cesta, na ktorej sa nachádzajú, smeruje k pôsobivo hladkej lokomócii. Kedysi myšlienka robota cválať ako poník alebo predvádzať a dokonalá atletická rutina by bolo pritiahnuté za vlasy aj na film. V roku 2020 sa tam dostanú roboty.

Predvídať tieto pokroky však nie je ľahké. Neexistuje žiadne jednoduché pozorovanie typu Mooreovho zákona, ktoré by uľahčilo zmapovanie cesty robotov od neohrabaných strojov k hladkým operátorom.

Moorov zákon sa odvoláva na pozorovanie inžiniera spoločnosti Intel Gordona Moora v roku 1965, že každý jeden až dva roky sa počet komponentov, ktoré je možné vtesnať do integrovaného obvodu, zdvojnásobí. Aj keď je potrebné argumentovať, že my možno teraz dosahujú limity Moorovho zákona, povedzme v roku 1991, mohol výskumník v roku 2021 na zadnej strane obálky reálne zistiť, kde by mohli byť počítačové možnosti, pokiaľ ide o výpočty. Pre roboty sú veci zložitejšie.

„Aj keď Moorov zákon predpovedal trend vo výpočtovom výkone prekvapivo dobre, predpovedá a trend v robotoch s nohami je ako pozerať sa do krištáľovej gule,“ Christian Gehring, šéf technológie dôstojník pri ANYbotics AG, švajčiarska spoločnosť vyrábajúca roboty s nohami, ktoré sa už používajú na úlohy ako autonómne kontroly pobrežných energetických platforiem, povedal Digital Trends. „Roboty s nohami sú v podstate vysoko integrované systémy, ktoré sa spoliehajú na mnoho rôznych technológií, ako je skladovanie energie, snímanie, konanie, výpočtová technika, vytváranie sietí a inteligencia.

Sú to pokroky v tejto kombinácii rôznych technológií, ktoré spolupracujú, vďaka čomu sú dnešné roboty také výkonné. To je tiež dôvod, prečo je ťažké predpovedať, pokiaľ ide o plán budúceho vývoja. Aby sa vytvorili také druhy robotov, aké by chceli robotici, je potrebné, aby ich vytváranie postúpilo malé a ľahké batérie, schopnosti snímania a vnímania, bunková komunikácia a ďalšie. Všetky tieto budú musieť spolupracovať s pokrokmi v oblastiach, ako je dee-Learning A.I. vytvoriť druhy strojov, ktoré navždy zaženú obrázky neohrabaných sci-fi robotov, na ktorých sme vyrastali TV.

Menšie, lacnejšie, lepšie

Dobrou správou je, že sa to deje. Zatiaľ čo Moorov zákon vedie k pokroku na strane softvéru, základných hardvérových komponentov sú stále menšie a lacnejšie. Nie je to také čisté ako formulácia Gordona Moora, ale deje sa to.

„Aj s našou Vedecký demonštrátor Atreus [robot] spred šiestich alebo ôsmich rokov boli výkonové zosilňovače na poháňanie našich motorov tieto trojlibrové tehly; boli veľké,“ Jonathan Hurst, spoluzakladateľ Agility Robotics, ktorá zostrojila spomínaného robota Cassie, povedala pre Digital Trends. „Odvtedy máme tieto malé, maličké zosilňovače, ktoré majú rovnaké množstvo prúdu, rovnaké množstvo napätia a poskytujú nám veľmi dobrú kontrolu nad výstupným krútiacim momentom našich motorov. A sú maličké – len palec krát dva palce a pol palca vysoké alebo niečo také. Na Cassie ich máme 10. To sa sčítava. Máte trojlibrovú tehlu s rozmermi šesť palcov krát štyri palce krát štyri palce oproti možno pár unciam, čo je palec krát dva palce. Je to veľký rozdiel vo veciach, ako je výkonová elektronika.“

Hurst povedal, že verí, že roboti s nohami sú stále v počiatočnom štádiu ich cesty k tomu, aby sa stali všadeprítomnými technológie, ktoré sa nielenže môžu pohybovať naturalistickým spôsobom ako ľudia, ale zároveň bez problémov fungujú ich. Niektoré z týchto výziev presahujú rámec roztomilých (ale mimoriadne pôsobivých) ukážok, ako je napríklad cválanie robotov ako poníky. Ale budovanie inteligentnejších strojov, ktoré zvládnu rôzne druhy pohybu a budú dôveryhodné, že budú fungovať v reálnom svete, je určite dôležitým krokom.

Je to krok (alebo kroky), že chodiace roboty sú stále lepšie a lepšie.

Odporúčania redaktorov

• Exoskeletony s autopilotom: Pohľad do blízkej budúcnosti nositeľnej robotiky
• Dobrý v StarCrafte? DARPA chce trénovať vojenských robotov pomocou vašich mozgových vĺn
• Nový robot MIT môže hrať obľúbenú hru na stohovanie blokov, Jenga
• Podvodný skákací robot predvádza úžasné skákacie schopnosti inšpirované prírodou
• Mäkká robotická ruka dáva vedcom nový záber na hlbokomorský život