Skoki in meje: Vratolomen napredek okretnosti robotov

Ko je Charles Rosen, A.I. pionirja, ki je ustanovil Center za umetno inteligenco SRI International, so prosili, naj pripravi ime za prvi mobilni robot za splošno uporabo na svetu, je za trenutek pomislil in nato rekel: »No, ko se premika, se trese kot hudič. Imenujmo ga samo Shakey."

Nekatere različice te ideje so prežele večji del zgodovine sodobne robotike. Pogosto domnevamo, da so roboti okorni stroji s toliko milosti kot nedeljsko kosilo ateista. Celo znanstvenofantastični filmi so si robote vedno znova predstavljali kot neokretne stvaritve, ki hodijo s počasnimi in zastajajočimi koraki.

Ta ideja enostavno ne ustreza več realnosti.

Pred kratkim je skupina raziskovalcev iz laboratorija za dinamično robotiko v zvezni državi Oregon prevzela enega od univerzitetnih Roboti Cassie, par hodečih robotskih nog, ki spominjajo na spodnje okončine noja, na športno igrišče, da bi preizkusili najnovejše laboratorijske algoritme "bipedalne hoje". Ko je bil tam, je robot skakal, hodil, galopiral in galopiral ter brez težav preklapljal med vsako vrsto gibanja, ne da bi mu bilo treba upočasniti. To je bila impresivna predstavitev in tista, ki govori o okretnosti sedanjih robotov z nogami – še posebej, če je vključeno malo poglobljenega usposabljanja, ki temelji na učenju.

"Običajno, ko ljudje uporabijo globoko okrepljeno učenje v robotiki, uporabijo funkcije nagrajevanja, ki se zmanjšajo na nagrajevanje nevronske mreže za natančno posnemanje referenčne trajektorije," Jonah Siekmann, eden od raziskovalcev na projektu, je povedal za Digital Trends. »Zbiranje te referenčne trajektorije je lahko precej težko, in ko imate 'tekanje' referenčne trajektorije, ni zelo jasno, ali lahko to uporabite tudi za učenje "preskakujočega" vedenja ali celo "hoje" obnašanje."

Pri delu OSU je ekipa ustvarila paradigmo nagrajevanja, ki je popolnoma opustila idejo o referenčnih trajektorijah. Namesto tega razdeli dele časa na "faze", s čimer kaznuje robota, ker ima določeno nogo na tleh v določeni fazi, medtem ko mu to dovoli na drugih točkah. Nevronska mreža nato ugotovi "vse težke stvari" - na primer položaj, v katerem morajo biti sklepi, kolikšen navor uporabiti na vsakem sklepu, kako ostanejo stabilni in pokončni – da se ustvari oblikovalska paradigma, ki temelji na nagrajevanju, ki robotom, kot je Cassie, olajša učenje skoraj katere koli dvonožne hoje, ki jo najdemo v narave.

Napovedovanje prihodnosti

Nedvomno je to impresiven podvig. Postavlja pa tudi večje vprašanje: kako za vraga so roboti postali tako okretni? Medtem ko videov na spletu še vedno ne manjka prikazuje robote, ki se zrušijo ko gre kaj narobe, prav tako ni nobenega dvoma, da je splošna pot, na kateri so, usmerjena k izjemno gladkemu gibanju. Ko se je pojavila ideja o robotu, ki galopira kot poni ali izvaja a popolna atletska rutina bi bilo pretirano celo za film. Leta 2020 roboti prihajajo tja.

Vendar napovedovanje teh napredkov ni enostavno. Ni enostavnega opazovanja Moorovega zakona, ki bi olajšalo načrtovanje poti, ki jo roboti uberejo od okornih strojev do gladkih operaterjev.

Moorov zakon se nanaša na opažanje Intelovega inženirja Gordona Moora leta 1965, da se vsako leto do dve leti število komponent, ki jih je mogoče stisniti v integrirano vezje, podvoji. Čeprav obstaja argument, da mi morda zdaj dosega meje Moorovega zakona bi lahko raziskovalec leta 1991 na hrbtni strani ovojnice realno izračunal, kje bi lahko bile računalniške zmogljivosti v smislu izračunov leta 2021. Pri robotih so stvari bolj zapletene.

»Čeprav je Moorov zakon osupljivo dobro napovedal trend računalniške moči, je napoved trend pri robotih z nogami je kot gledanje v kristalno kroglo,« Christian Gehring, vodja tehnologije častnik pri ANYbotics AG, švicarsko podjetje, ki izdeluje robote z nogami, ki se že uporabljajo za naloge, kot so samostojno pregledovanje energetskih ploščadi na morju, je povedal za Digital Trends. "V bistvu so roboti z nogami visoko integrirani sistemi, ki temeljijo na številnih različnih tehnologijah, kot so shranjevanje energije, zaznavanje, delovanje, računalništvo, mreženje in inteligenca."

Zaradi napredka v tej mešanici različnih tehnologij, ki delujejo skupaj, so današnji roboti tako močni. To je tudi tisto, zaradi česar je težko predvideti, kako daleč seže načrt prihodnjega razvoja. Za izgradnjo takšnih robotov, kot bi jih želeli robotiki, je potreben napredek pri ustvarjanju majhne in lahke baterije, zmožnosti zaznavanja in zaznavanja, celične komunikacije itd. Vse to bo moralo delovati skupaj z napredkom na področjih, kot je poglobljeno učenje A.I. ustvariti vrste strojev, ki bodo za vedno pregnali podobe okornih znanstvenofantastičnih robotov, na katerih smo odraščali TV.

Manjši, cenejši, boljši

Dobra novica je, da se dogaja. Medtem ko Moorov zakon vodi do napredka na strani programske opreme, bistvene komponente strojne opreme so vse manjše in cenejše. Ni tako lepo kot formulacija Gordona Moora, vendar se dogaja.

»Tudi z našimi Znanstveni demonstrator Atreus [robot] izpred šestih ali osmih let so bili ojačevalniki moči za pogon naših motorjev te trikilogramske opeke; bili so veliki,« Jonathan Hurst, soustanovitelj Agility Robotics, ki je izdelal prej omenjenega robota Cassie, je povedal za Digital Trends. »Od takrat imamo te majhne, ​​drobne ojačevalnike, ki imajo enako količino toka, enako količino napetosti in nam omogočajo zelo dober nadzor nad izhodnim navorom naših motorjev. In majhne so - le centimeter krat dva centimetra in pol centimetra visoke ali kaj podobnega. Na Cassie jih imamo 10. To se doda. Imate tri funte težko opeko, ki je šest krat štiri centimetre krat štiri palce v primerjavi z morda nekaj unčami, ki je centimeter krat dva palca. To je velika razlika pri stvareh, kot je močnostna elektronika.«

Hurst je dejal, da verjame, da so roboti z nogami še vedno v zgodnjih fazah svoje poti, da postanejo vseprisotni tehnologije, ki se ne morejo le premikati na naraven način kot ljudje, ampak delujejo brez težav njim. Nekateri od teh izzivov bodo presegli ljubke (a izredno impresivne) predstavitve, kot je ustvarjanje robotov, ki galopirajo kot poniji. Toda izdelava pametnejših strojev, ki lahko obvladajo različne vrste gibanja in jim zaupamo delovanje v resničnem svetu, je vsekakor pomemben korak.

Korak (ali koraki) je, da so hodeči roboti vedno boljši in boljši.

Priporočila urednikov

• Eksoskeleti z avtopilotom: vpogled v bližnjo prihodnost nosljive robotike
• Ste dobri v StarCraftu? DARPA želi usposobiti vojaške robote z vašimi možganskimi valovi
• Novi robot MIT lahko igra vsem priljubljeno igro zlaganja blokov, Jenga
• Podvodni skakalni robot prikazuje neverjetne skakalne sposobnosti, ki jih navdihuje narava
• Mehka robotska roka daje znanstvenikom nov nadzor nad globokomorskim življenjem