En algoritme hjælper robotter med at falde sikkert

Ved en stor robotkonkurrence, der blev afholdt i juni, kæmpede adskillige multi-million-dollar robotter for at udføre selv simple opgaver som at gå op ad en trappe; nogle væltede endda med, hvad der så ud som upåklagelig komisk timing . Men et par af disse underholdende pratfalls resulterede i ødelæggende skader på robotternes instrumenter, motorer og andre komponenter.

En Atlas-robot drevet af et team fra Institute for Human & Machine Cognition vælter ved DARPA Robotics Challenge.

Heldigvis for sådanne robotklutzes udforsker forskere måder at gøre det muligt for robotter at falde mere yndefuldt og sikkert. Arbejdet bliver vigtigt, da robotter bruges i mere komplekse miljøer, og når ingeniører eksperimenterer med maskiner, der bevæger sig rundt på ben frem for hjul.

Forskere ved Georgia Tech hentede inspiration fra den måde, folk bryder et fald ved at stikke en arm eller et ben ud på vej ned. Når du falder ned, forsøger du at sprede energi, siger Karen Liu , en professor i datalogi ved Georgia Tech, som udførte arbejdet sammen med sin daværende kandidatstuderende Sehoon Ha, som nu arbejder hos Disney Research Pittsburgh. Og hver gang du kommer i kontakt med jorden, spredes noget af den energi.

Liu og Ha udtænkte en algoritme, der lader en ubalanceret robot finde ud af, hvordan den kan forvride sin krop, så den rammer jorden med mindre kraft. Algoritmen beregner, hvordan man skaber et antal kontaktpunkter med jorden for at sprede faldets momentum.

På en konference i Tyskland i sidste måned beskrev Georgia Tech-parret at teste algoritmen med en lille menneskelig robot kaldet BioloidGP , og i simuleringer af en stor humanoid kaldet Atlas . Sidstnævnte blev udviklet af et firma kaldet Boston Dynamics , som har specialiseret sig i at lave avancerede benmaskiner og nu ejes af Google. Flere hold involveret i juni-begivenheden brugte Atlas-robotter. Ved arrangementet, kaldet DARPA Robotics Challenge , løb telebetjente robotter for at udføre en række opgaver, herunder at køre en golfvogn, åbne en række døre og betjene en boremaskine.

DARPA-begivenheden var primært beregnet til at simulere de problemer, en robot ville støde på, når den assisterede ved et ramt atomkraftværk, men den fremhævede også de resterende udfordringer for robotter, der sigter mod at arbejde i stort set ethvert normalt menneskeligt miljø (se Hvorfor robotter — og mennesker — kæmpede med DARPA's Challenge ).

Matt DeDonato , der ledede et hold fra Worchester Polytechnic Institute ved DARPA-arrangementet, siger, at de fleste deltagere var mere fokuserede på at forblive oprejst end på at finde bedre måder at falde på, især fordi hvert fald medførte en stor tidsstraf. For at minimere skader ville Atlas-robotten, der blev betjent af hans team, i samarbejde med forskere fra CMU, slukke for dens aktuatorer og gå slapt, når den opdagede et fald. Men DeDonato, hvis team formåede at holde robotten oprejst under hele DARPA-begivenheden, siger, at området skal udforskes, efterhånden som flere robotter bliver kommercialiseret. Man falder med garanti om nogle gange, siger han.

Marc Raibert, grundlægger af Boston Dynamics, nu en del af Google, og en pioner inden for benrobotik, siger, at hans team begyndte at tænke på, hvordan man beskytter en faldende robot, mens de udviklede en firbenet maskine kaldet BigDog. Den første idé var at få lemmerne til at gribe op, når et fald blev opdaget. Det fik lemmerne til at fungere som lange håndtag, der udøver store kræfter på leddene, når lemmerne rammer jorden, siger han. Vi brækkede faktisk nogle ben af ​​robotten, så vi omprogrammerede BigDog til at slappe af i leddene under et fald. Alle de robotter, vi bygger nu, gør sådan noget, når de opdager, at de har mistet balancen.

Lui siger, at hendes gruppe også er interesseret i at udtænke måder, hvorpå robotter kan undgå at skade folk, hvis de falder om. Dette kan involvere balancering på en sådan måde, at det er mere usandsynligt at falde mod en person, siger hun.

Den tilgang, der er udviklet indtil videre, er dog begrænset af de fleste robotters sansningsevner og regnekraft. Til deres eksperimenter brugte Georgia Tech-teamet et accelerometer i hovedet på den fysiske robot samt eksterne motion-capture-kameraer. Liu bemærker, at kompleksiteten i at beregne, hvordan man bedst falder, forklarer, hvorfor så mange dyr, inklusive mennesker, har et nervesystem, som reagerer automatisk.

Det er derfor, vi har reflekser, siger Liu. Vi tænker på at bygge noget som et nervesystem til robotter.

skjule