Login
Робот может собрать дверь автомобиля или упаковать коробку гораздо быстрее и эффективнее, чем любой человек, но такие одноцелевые машины борются, когда их просят выполнить движение в сложных условиях, которые содержат такие элементы, как лестницы или туннели.
Исследователи робототехники стремятся создавать роботов, которые могут ощущать и взаимодействовать с особенностями невиданных ранее сред, чтобы дать машинам большую автономию. Для этого роботы должны уметь чувствовать особенности непредсказуемых и новых сред, а затем плавно взаимодействовать внутри них.
Modlab Penn исследует, как роботы могут адаптироваться к своему окружению и решать проблемы, для которых они не были явно запрограммированы. Лаборатория, возглавляемая профессором Марком Имом, является частью лаборатории Грасп и базируется в центре Пенновации.
ModLab недавно опубликовал новое исследование о своей системе SMORES-EP или самосборке модульных роботов для экстремального Шейпшифтинга.
Ранняя демонстрация показала, что SMORES-EP может использовать такие объекты, как блоки или пандусы для выполнения задач или самостоятельно перенастраивать форму, более подходящую для выполнения задачи.
Теперь обновленная система SMORES-EP может автономно анализировать среду, а затем переконфигурировать и трансформировать ее форму для навигации по любой среде, даже совершенно новой.
Профессор кафедры машиностроения и прикладной механики факультета инженерных и прикладных наук, Тарик Тосун (Tarik Tosun), недавний аспирант лаборатории Yim, опубликовал исследование, демонстрирующее эти новые способности, в журнале Science Robotics.
Они сотрудничали с профессорами Хадасом Кресс-Газитом и Марком Кэмпбеллом, содиректорами лаборатории автономных систем в школе механической и аэрокосмической инженерии Корнелльского университета, а также с членами лаборатории Джонатаном Дауделином и Гангюань Цзином.
Тосун использовал алгоритм, чтобы научить SMORES-EP, как обойти препятствие. Чтобы адаптироваться к сложной среде, робот использует блоки для построения рамп и мостов, которые позволяют ему преодолеть препятствия. Люди делают это часто; мы используем лестницы, чтобы достичь высоких мест, или строят мост, чтобы пересечь реку.
SMORES-EP может теперь выполнить задачи без инструментов, путем преобразовывания своей формы приспособленной к окружающей среде. Это было бы эквивалентно человеку, растянувшемуся на 30 футов, вместо того, чтобы использовать лестницу.
“Мы создали систему, которая позволяет роботу войти в новую среду, а затем соответствующим образом перенастроиться, чтобы получить доступ к возможностям, необходимым для выполнения задач”, - говорит Тосун.
Робот SMORES-EP постоянно составляет 3D карту окружающей среды в которую он был помещен. Робот также имеет интерактивную систему, подключенную к библиотеке конфигураций и поведений. Библиотека содержит опции для различных типов тел, в которые робот может трансформироваться на основе различных ограничений, распознанных в среде, например, превращение в змееподобную конфигурацию после встречи с лестницей.
Высокоуровневая структура планирования позволяет пользователю предоставить задачу на структурированном английском языке, поэтому, если Tosun поручает SMORES-EP получить яркий цветной объект, а затем поместить его в назначенную область, робот может трансформироваться в соответствующую форму, чтобы преодолеть ограничения или препятствия на этом пути.
"Робот может начать двигаться в конфигурации автомобиля, а затем, когда,например, он приходит на объект, на котором ему было поручено извлечь что-то из туннеля, робот перестраивается в форму с рукой, чтобы добраться до туннеля", добавляет Тосун.
Эта гибкость беспрецедентна в полевых условиях, объясняет Тосун, и имеет потенциальные применения в ситуациях, которые опасны для людей, таких как поисково-спасательные операции в районах стихийных бедствий.
"Идея о том, что эти системы могут реагировать на неизвестные среды, перенастраиваясь автономно, была движущей мотивацией в области модульной робототехники с самого начала”, - говорит он.
"Представьте, что робот отправляется в место катастрофы, где требования к производительности не известны, пока робот не войдет и не отобразит область. Такие среды, как зоны бедствия, где роботам нужно будет выполнять всевозможные задачи во всех видах конфигураций,- это то, где будут сиять реконфигурируемые роботы, такие как SMORES-EP.”
Есть немного менее трансформаторные примеры: дома часто очень сложные и динамичные среды, в том числе такие вещи, как лестницы или, возможно, беспорядок. Если мы хотим, чтобы роботы перемещались по нашим домам, они должны реагировать на свою среду и обстоятельства, постоянно меняясь, что SMORES-EP может сделать, отображая окружающую среду, а затем трансформируясь в различные конфигурации, оставаясь полностью гибкими.
"Гибкость является ключом в робототехнике", - говорит Тосун.
"Многие многоцелевые робототехнические системы являются четвероногими и двуногими со многими степенями свободы, и мы знаем из биологии, что эти конструкции могут быть очень общего назначения, но во многих сценариях они требуют очень сложного управления. Если робот может специализироваться по требованию, принимая только правильную форму для поставленной задачи, он потенциально может выполнять широкий спектр функций.”
