Bez systemu wizyjnego robot sprawniej się porusza

Stworzony na MIT robot Cheetah 3 potrafi skakać i biegać po nierównym terenie, chodzić po schodach, na których ustawiono przeszkody oraz szybko odzyskać równowagę, gdy ją straci. A wszystko to bez systemu wizyjnego.

Urządzenie waży nieco ponad 40 kilogramów i jest wielkości dorosłego labradora. Jego twórcy nie wyposażyli go w żadne kamery ani innego typu czujniki pozwalające „widzieć” otoczenie. Robot porusza się mniej więcej tak, jak człowiek w całkowicie ciemnym pokoju. Musi dotykiem wyczuwać otoczenie.

Istnieje bardzo dużo niespodziewanych sytuacji, w których robot powinien sobie poradzić bez zbytnego polegania na wizji. Obraz może wprowadzać dużo szumu, może być nieco niedokładny, a czasem po prostu niedostępny. Jeśli chcesz polegać na systemie wizyjnym, to robot musi niezwykle precyzyjnie się pozycjonować i będzie powolny. My chcemy, by nasz robot polegał na wrażeniach dotykowych. Dzięki temu poradzi sobie z przeszkodami podczas szybkiego przemieszczania się, mówi profesor Sangbae Kim, twórca Cheetaha.

Kim przewiduje, że w ciągu kilku najbliższych lat roboty będą wykonywały zadania zbyt niebezpieczne dla ludzi. Cheetah 3 został zaprojektowany z myślą o wykonywaniu takich zadań jak inspekcje elektrowni, co wymaga poruszania się po różnym terenie, w tym po schodach, przechodzenia przez krawężniki czy radzeniu sobie z przeszkodami. Istnieje wiele prostych zadań, do wykonania których możemy wysłać roboty zamiast ludzi. Niebezpieczne, brudne czy trudne prace można bardziej bezpiecznie wykonać za pośrednictwem zdalnie sterowanego robota, stwierdza uczony.

Sterujący Cheetahem 3 algorytm bez przerwy oblicza dla każdej z nóg trzy prawdopodobieństwa: prawdopodobieństwo kontaktu nogi z gruntem, prawdopodobieństwo oddziaływania siły wskutek takiego kontaktu oraz prawdopodobieństwo poślizgu.

Prawdopodobieństwa te są wyliczane na podstawie danych z akcelerometrów, żyroskopów i pozycji stawów w nogach urządzenia, z których dostarczane są informacje o kącie i wysokości nad gruntem.

Jeśli na przykład robot nastąpi na przeszkodę, która obsunie mu się spod nogi, jego pozycja ulegnie gwałtownej zmianie, dane dostaną dostarczone do algorytmu, który dla każdej z nóg wyliczy odpowiednie działanie pozwalające na odzyskanie równowagi. Algorytm sterujący został przetestowany w laboratorium i na zbudowanych tam schodach. Robot nie znał wysokości schodów ani rozkładu przeszkód. Musiał sobie radzić z nimi tak, jak radziłby sobie człowiek idący z zamkniętymi oczami.

Algorytm podejmując decyzje co do wymaganych działań usiłuje przewidzieć, jaki skutek działania te będą miały pół sekundy później. Wyobraźmy sobie, że ktoś kopnie robota z boku. Gdy dana noga robota ma kontakt z gruntem, algorytm musi zdecydować, z jaką siłą trzeba oddziaływać na grunt w sytuacji, gdy z lewej strony niespodziewanie przyłożono dodatkową siłę. Dojdzie do wniosku, że należy przyłożyć siłę ze strony przeciwnej. Musi jeszcze obliczyć siłę, którą trzeba przyłożyć oraz przewidzieć, jaki będzie to miało skutek pół sekundy później, wyjaśnia Kim. Tego typu obliczenia wykonywane są dla każdej nóg co 50 milisekund, zatem 20 razy na sekundę.

Cheetah 3 został też właśnie wyposażony w kamery, które dają mu ogólny obraz otoczenia i pozwalają wcześniej zauważyć ściany czy drzwi. Jednak głównym celem jest udoskonalenie nawigacji bez systemu wizyjnego.

Chcemy, by bardzo dobrze potrafił się kontrolować bez posiadania obrazu otoczenia. A gdy dodamy wizję, to – nawet gdy z kamer dostanie niewłaściwe informacje – jego nogi powinny poradzić sobie z przeszkodami. Co się bowiem wydarzy, gdy nadepnie na coś, czego kamera nie zauważyła? Co robot zrobi? To właśnie w takich przypadkach musi działać lokomocja bez systemu wizyjnego. Nie chcemy polegać zbytnio na obrazie.

Cheetah 3 robot poruszanie się MIT wizja