這個小機器人幾乎可以去任何地方。
卡內(nèi)基梅隆大學計算機科學學院和加州大學伯克利分校的研究人員設計了一種機器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)使低成本且腿相對較小的機器人能夠爬上和下樓梯接近其高度；穿越多巖石、濕滑、不平坦、陡峭和多變的地形；走過縫隙；縮放巖石和路緣石；甚至在黑暗中運作。
機器人研究所助理教授迪帕克·帕薩克(Deepak Pathak)表示：“讓小型機器人能夠爬樓梯和處理各種環(huán)境對于開發(fā)可用于人們家中以及搜救行動的機器人至關(guān)重要。”“該系統(tǒng)創(chuàng)建了一個強大且適應性強的機器人，可以執(zhí)行許多日常任務。”
該團隊對機器人進行了測試，在不平坦的樓梯和公園的山坡上對其進行了測試，挑戰(zhàn)它走過墊腳石和濕滑的表面，并要求它爬上高度類似于人類跳躍的樓梯一個障礙。該機器人依靠其視覺和小型機載計算機快速適應并掌握具有挑戰(zhàn)性的地形。
研究人員在模擬器中用4,000個克隆機器人訓練機器人，他們在模擬器中練習在具有挑戰(zhàn)性的地形上行走和攀爬。模擬器的速度讓機器人在一天之內(nèi)獲得了六年的經(jīng)驗。模擬器還將它在訓練期間學到的運動技能存儲在神經(jīng)網(wǎng)絡中，研究人員將其復制到真實機器人中。這種方法不需要對機器人的運動進行任何手工設計——這與傳統(tǒng)方法不同。
大多數(shù)機器人系統(tǒng)使用相機來創(chuàng)建周圍環(huán)境的地圖，并使用該地圖在執(zhí)行動作之前計劃動作。這個過程很慢，而且由于繪圖階段固有的模糊性、不準確性或誤解會影響后續(xù)的規(guī)劃和運動，因此常常會步履蹣跚。映射和規(guī)劃在專注于高級控制的系統(tǒng)中很有用，但并不總是適合低級技能的動態(tài)要求，例如在具有挑戰(zhàn)性的地形上行走或跑步。
新系統(tǒng)繞過了映射和規(guī)劃階段，直接將視覺輸入路由到機器人的控制。機器人看到的東西決定了它的移動方式。甚至研究人員也沒有具體說明腿應該如何移動。這種技術(shù)使機器人能夠?qū)τ娑鴣淼牡匦巫龀隹焖俜磻⒂行У卮┻^它。
由于不涉及映射或規(guī)劃，并且使用機器學習訓練動作，因此機器人本身可以是低成本的。該團隊使用的機器人比現(xiàn)有替代品至少便宜25倍。該團隊的算法有可能使低成本機器人得到更廣泛的應用。
SCS博士Ananye Agarwal說：“該系統(tǒng)直接使用來自身體的視覺和反饋作為輸入，向機器人的電機輸出命令。”機器學習的學生。“這種技術(shù)使系統(tǒng)在現(xiàn)實世界中非常強大。如果它在樓梯上滑倒，它可以恢復。它可以進入未知環(huán)境并適應。”
這種直接的視覺控制方面是受生物學啟發(fā)的。人類和動物使用視覺來移動。嘗試閉著眼睛跑步或保持平衡。該團隊之前的研究表明，盲人機器人——沒有攝像頭的機器人——可以征服具有挑戰(zhàn)性的地形，但增加視覺并依賴這種視覺可以極大地改進系統(tǒng)。
該團隊還從大自然中尋找系統(tǒng)的其他元素。對于一個不到一英尺高的小型機器人來說，在這種情況下，為了爬上接近其高度的樓梯或障礙物，它學會了采用人類用來跨過高障礙物的動作。
當一個人必須將腿抬高以攀登壁架或障礙時，它會使用臀部將腿向側(cè)面移動，稱為外展和內(nèi)收，從而為其提供更多間隙。Pathak的團隊設計的機器人系統(tǒng)也是這樣做的，使用髖關(guān)節(jié)外展來解決絆倒市場上一些最先進的有腿機器人系統(tǒng)的障礙。
四足動物的后腿運動也激發(fā)了團隊的靈感。當貓穿過障礙物時，它的后腿會避開與前腿相同的物品，而無需借助附近的眼睛。“四足動物有一種記憶，可以讓它們的后腿追蹤前腿。我們的系統(tǒng)以類似的方式工作，”Pathak說。該系統(tǒng)的板載內(nèi)存使后腿能夠記住前面的攝像頭看到的內(nèi)容并進行操作以避開障礙物。
“由于沒有地圖，沒有計劃，我們的系統(tǒng)會記住地形以及它如何移動前腿并將其轉(zhuǎn)換為后腿，這樣做既快速又完美，”Ashish Kumar博士說。伯克利的學生。
這項研究可能是解決有腿機器人面臨的現(xiàn)有挑戰(zhàn)并將其帶入人們家中的一大步。由Pathak、伯克利教授Jitendra Malik、Agarwal和Kumar撰寫的論文“Legged Locomotion in Challenging Terrains Using Egocentric Vision”將在即將于新西蘭奧克蘭舉行的機器人學習大會上發(fā)表。
