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Ein Algorithmus hilft Robotern, sicher zu fallen
Bei einem großen Roboterwettbewerb, der im Juni stattfand, hatten mehrere Multi-Millionen-Dollar-Roboter Mühe, selbst einfache Aufgaben wie das Erklimmen einer Treppe auszuführen; einige stürzten sogar mit dem, was schien, um tadelloses komisches Timing . Aber einige dieser amüsanten Fallstricke führten zu verheerenden Schäden an den Instrumenten, Motoren und anderen Komponenten der Roboter.
Ein von einem Team des Institute for Human & Machine Cognition betriebener Atlas-Roboter kippt bei der DARPA Robotics Challenge um.
Zum Glück für solche Robotertölpel suchen Forscher nach Möglichkeiten, Robotern ein eleganteres und sichereres Fallen zu ermöglichen. Die Arbeit wird wichtig, da Roboter in komplexeren Umgebungen eingesetzt werden und Ingenieure mit Maschinen experimentieren, die sich eher auf Beinen als auf Rädern bewegen.
Forscher am Georgia Tech ließen sich von der Art und Weise inspirieren, wie Menschen einen Sturz abfangen, indem sie auf dem Weg nach unten einen Arm oder ein Bein ausstrecken. Wenn du hinfällst, versuchst du, Energie abzubauen, sagt er Karen Liu , eine Professorin für Informatik an der Georgia Tech, die die Arbeit mit ihrer damaligen Doktorandin Sehoon Ha durchführte, die jetzt bei Disney Research Pittsburgh arbeitet. Und jedes Mal, wenn Sie den Boden berühren, wird ein Teil dieser Energie abgeführt.
Liu und Ha haben einen Algorithmus entwickelt, der es einem unausgeglichenen Roboter ermöglicht, seinen Körper so zu verdrehen, dass er mit weniger Kraft auf den Boden auftrifft. Der Algorithmus berechnet, wie eine Reihe von Kontaktpunkten mit dem Boden geschaffen werden muss, um den Schwung des Sturzes zu verteilen.
Auf einer Konferenz in Deutschland im vergangenen Monat beschrieb das Georgia Tech-Paar das Testen des Algorithmus mit einem kleinen humanoiden Roboter namens BioloidGP , und in Simulationen eines großen Humanoiden namens Atlas . Letzteres wurde von einer Firma namens entwickelt Bostoner Dynamik , das sich auf die Herstellung fortschrittlicher Maschinen mit Beinen spezialisiert hat und jetzt im Besitz von Google ist. Mehrere an der Juni-Veranstaltung beteiligte Teams verwendeten Atlas-Roboter. Bei der Veranstaltung rief die DARPA-Robotik-Challenge , ferngesteuerte Roboter rannten los, um eine Reihe von Aufgaben zu erfüllen, darunter das Fahren eines Golfwagens, das Öffnen einer Reihe von Türen und das Bedienen einer Bohrmaschine.
Die DARPA-Veranstaltung sollte in erster Linie die Probleme simulieren, auf die ein Roboter stoßen würde, wenn er in einem betroffenen Kernkraftwerk assistiert, aber es hob auch die verbleibenden Herausforderungen für Roboter hervor, die darauf abzielen, in nahezu jeder normalen menschlichen Umgebung zu arbeiten (siehe Why Robots – and Humans – Struggled). mit DARPAs Herausforderung).
Matt DeDonato , der ein Team des Worchester Polytechnic Institute bei der DARPA-Veranstaltung leitete, sagt, dass sich die meisten Teilnehmer mehr darauf konzentrierten, aufrecht zu bleiben, als bessere Möglichkeiten zum Fallen auszuarbeiten, insbesondere weil jeder Sturz mit einer hohen Zeitstrafe verbunden war. Um den Schaden zu minimieren, würde der von seinem Team in Zusammenarbeit mit Forschern der CMU betriebene Atlas-Roboter seine Aktuatoren ausschalten und schlaff werden, wenn er einen Sturz erkennt. Aber DeDonato, dessen Team es geschafft hat, den Roboter während der gesamten DARPA-Veranstaltung aufrecht zu halten, sagt, dass das Gebiet erkundet werden muss, wenn mehr Roboter kommerzialisiert werden. Da fallt man garantiert mal um, sagt er.
Marc Raibert, Gründer von Boston Dynamics, jetzt Teil von Google, und ein Pionier in der Robotik auf Beinen, sagt, sein Team habe bei der Entwicklung einer vierbeinigen Maschine namens BigDog darüber nachgedacht, wie man einen fallenden Roboter schützen könne. Die erste Idee war, dass die Gliedmaßen blockieren, wenn ein Sturz erkannt wird. Das führte dazu, dass die Gliedmaßen wie lange Hebel wirkten, die große Kräfte auf die Gelenke ausüben, wenn die Gliedmaßen auf den Boden auftreffen, sagt er. Wir haben dem Roboter tatsächlich einige Beine gebrochen, also haben wir BigDog neu programmiert, um seine Gelenke während eines Sturzes zu entspannen. Alle Roboter, die wir jetzt bauen, machen so etwas, wenn sie feststellen, dass sie das Gleichgewicht verloren haben.
Lui sagt, dass ihre Gruppe auch daran interessiert ist, Möglichkeiten für Roboter zu entwickeln, um zu vermeiden, dass Menschen verletzt werden, wenn sie umfallen. Dies könnte ein Ausbalancieren auf eine Weise beinhalten, die es unwahrscheinlicher macht, auf eine Person zu fallen, sagt sie.
Der bisher entwickelte Ansatz ist jedoch durch die Sensorfähigkeiten und die Rechenleistung der meisten Roboter begrenzt. Für ihre Experimente verwendete das Georgia Tech-Team einen Beschleunigungsmesser im Kopf des physischen Roboters sowie externe Bewegungserfassungskameras. Liu bemerkt, dass die Komplexität der Berechnung, wie man am besten fällt, erklärt, warum so viele Tiere, einschließlich Menschen, ein Nervensystem haben, das automatisch reagiert.
Deshalb haben wir Reflexe, sagt Liu. Wir denken darüber nach, so etwas wie ein Nervensystem für Roboter zu bauen.