Роботов научили хромать

QIInFVRXwBM1

Поломанные механизмы станут двигаться подобно раненым животным.

Верхнее фото: эффективность походки заранее просчитывается, но не оценивается (вверху). Решение о ее использовании робот принимает на месте самостоятельно (внизу).

Инженеры Сорбонны разработали технологию, которая позволяет роботам с поврежденными конечностями учится ходить заново. Публикация ученых выложена в архиве Корнельского университета, кратко о ней пишет The Physics arXiv blog.

Задача, которую поставили себе ученые, заключалась в том, чтобы научить роботов реагировать на поломки так, как это делают раненые животные, — то есть вырабатывать новую походку, которая бы компенсировала повреждение.

Сложность этой задачи заключается в том, что прямой перебор всех возможных способов компенсации занимает очень много времени. Так, в опубликованном исследовании авторы работали с шестиногим насекомоподобным роботом, который оснащен 18 моторами, причем для каждого из них существуют как параметры амплитуды, так и скорости. Комбинаторика всех этих параметров дает такое количество походок, перебор которых на месте практически невозможен.

Чтобы решить эту проблему, ученые решили провести большую часть вычислений заранее, так, чтобы робот в случае повреждения мог проверить разные готовые варианты «в поле». Тем не менее, выбор той или иной компенсаторной походки не был запрограммирован заранее, его нужно было совершить методом проб и ошибок. Хорошей считалась такая походка, которая давала максимальную скорость передвижения — для ее оценки устройство было оснащено инфракрасной камерой.

Множество параметров движения можно представить как многомерное пространство, точки в котором представляют собой конкретные походки. С математической точки зрения задача заключалась в том, чтобы минимизировать размерность этого пространства. Для этого авторы отыскали те походки, которые почти не используют поврежденную конечность. В «аварийный набор» вошло 13 тысяч походок, эффективность которых роботу приходилось оценивать самостоятельно.

F20mLkdrsgI1

Схема многомерного пространства походок — до и после оценки.

Результаты комбинированного подхода впечатляют: использованный в эксперименте шестиногий робот научился двигаться без одной из конечностей в семь раз быстрее, чем если бы он продолжал использовать свою стандартную программу перемещения. При чем обучение занимало обычно не более двух минут. Кроме того, ученым удалось на треть увеличить скорость стандартного (попеременное перемещение трех ног) движения даже в отсутствие повреждений.

Интересно, что многие компенсаторные походки были довольно неожиданными. Так, при повреждении одной из конечностей робот начинал прыгать, а во время симуляции поломки всех шести ног, он переворачивался на «спину» и начинал двигать «лопатками».

По словам авторов, новый метод может быть полезен для создания автономных роботов, работающих в опасных зонах. Кроме того, подобная технология может помочь будущим роверам выполнять задачи в космосе без помощи с Земли. Впрочем, представляется вероятным, что наибольший интерес к созданию «живучих» роботов проявят военные.