Американские инженеры разработали алгоритм для двуногих роботов, позволяющий им использовать находящиеся рядом поверхности для удержания равновесия. К примеру, если находящегося возле стены робота толкнуть, он быстро рассчитает оптимальный угол между частями тела и упрется рукой в стену, рассказывают разработчики в статье, представленной на конференции ICRA 2018.
Двуногие роботы привлекают инженеров тем, что потенциально их возможности, например, проходимость на пересеченной местности, выше, чем у колесных или гусеничных роботов. Тем не менее, пока они находятся на раннем этапе своего развития и даже многие передовые разработки, в том числе участвующие в конкурсе DARPA Robotics Challenge, плохо справляются с нестандартными ситуациями, такими как толчки в бок или выскользнувший из под ноги камень. Дело в том, что большинство двуногих роботов используют квазистатические движения, при которых проекция центра масс робота всегда находится внутри пятна контакта ноги с поверхностью. Из-за этого они выходят из равновесия при заметных отклонениях и падают.
В качестве решения этой проблемы инженеры предлагают два разных подхода, похожих на то, как удерживают равновесие люди. Один из них предполагает использование динамических движений — тогда робот сохраняет равновесие, быстро переставляя ноги. Другой подход подразумевает, что робот может использовать для спасения себя от падения не только собственные части тела, но и окружающие предметы, например, стены или поручни. Шихао Ван (Shihao Wang) и Крис Хаузер (Kris Hauser) из Университета Дьюка выбрали второй подход и научили двуногого робота быстро анализировать окружающую обстановку и использовать объекты из нее в качестве опоры.
Созданный инженерами алгоритм решает три задачи: обнаруживает падение и прогнозирует его направление, использует руку робота для остановки падения и, если рука вытянута не слишком сильно, позволяет роботу оттолкнуться и вернуться в исходное положение. Разработчики упростили модель, описывающую робота, до трех жестких секций, соединенных двумя суставами. Это позволило адаптировать алгоритм для работы в реальном времени. Кроме того, алгоритм работает корректно только при падении ровно вбок или вперед без кручения и других движений.
Инженеры использовали в своей работе готового робота ROBOTIS Darwin Mini, дополненного одноплатным компьютером Raspberry Pi 3, девятиосевым инерциальным блоком и датчиком касания, установленным на конце руки. В нынешней версии робота инженеры не установили камеру или другой датчик и предварительно загружали в него данные об окружающих поверхностях и расстоянии до них. После того как алгоритм обнаруживает падение, он анализирует расположение робота относительно находящихся в направлении падения поверхностей и подбирает такое взаимное расположение ног, корпуса и рук, которое позволит ему опереться о поверхность и не упасть после этого. После остановки робот использует ту же модель и анализирует, может ли он оттолкнуться от поверхности и вернуться в исходное положение.
Инженеры рассказали, что в будущем планируют установить в робота камеры и в реальном времени анализировать окружающую обстановку без использования предварительных данных. Кроме того, они планируют доработать алгоритм для обнаружения падения во время ходьбы.
В 2015 году другая группа американских инженеров создала алгоритм, позволяющий двуногим роботам смягчать удар при падении. Он определяет нужную последовательность контакта частей конструкции робота с поверхностью чтобы максимально снизить силу удара. При этом в некоторых случаях робот не только вытягивает руки вперед, но и перекатывается через спину.
Григорий Копиев
И научились раскладывать вещи по коробкам
Компания Tesla показала обновленных роботов Tesla Bot, известных также как Optimus. В опубликованном видео роботы ходят в помещениях и на улице, составляют карту окружения и перемещают небольшие предметы. Также на видео показана возможность обучения робота новым действиям путем копирования движений человека. За последнее десятилетие в разработке человекоподобных роботов произошел существенный прогресс. На место неуклюжих устройств, которые еще недавно испытывали проблемы с поддержанием равновесия при ходьбе, приходят роботы, способные бегать, танцевать и даже выполнять акробатические трюки, как популярный робот Atlas от компании Boston Dynamics. Одновременно с этим все большее число компаний присоединяется к разработке человекоподобных роботов. В 2021 году генеральный директор компании Tesla Илон Маск анонсировал разработку человекоподобного робота Tesla Bot. В сентябре 2022 года в рамках мероприятия AI Day состоялась презентация двух первых прототипов. Один из них мог стоять, поддерживая равновесие, самостоятельно передвигаться по сцене на ногах и двигать руками. Участники презентации показали несколько видео, демонстрирующих передвижение робота в помещениях офиса компании и взаимодействие Tesla Bot с предметами с помощью человекоподобных рук с пятью пальцами. Второй робот демонстрировал новый дизайн корпуса, но при этом не мог самостоятельно передвигаться. Также сообщались некоторые технические характеристики прототипа. Емкость его батареи составляет 2,3 киловатт-часа, а в качестве компьютера используются те же компьютеры, что и в автомобильных автопилотах компании. Кроме того, для навигации в пространстве робот будет использовать доработанные алгоритмы автомобильного автопилота. https://www.youtube.com/watch?v=XiQkeWOFwmk 16 мая 2023 года на ежегодной встрече акционеров компании Tesla Илон Маск представил видео, демонстрирующее некоторые возможности текущей версии робота. В нем можно увидеть, как роботы Tesla Bot медленно шагают по офису и в гараже с электрическими пикапами Tesla Cybertruck, а также выполняют некоторые простые действия, например, перекладывают предметы из одного контейнера в другой. Дизайн верхней части их корпуса соответствует версии, представленной осенью 2022 года. В одной из сцен показана работа манипуляторов, имитирующих строение человеческой кисти с подвижными пальцами. Ими робот может осторожно обхватывать, поднимать и перемещать предметы. Обучать робота таким движениям можно с помощью системы, отслеживающей движения человека. По оценке главы Tesla, в будущем спрос на роботов подобных Optimus может достигнуть от 10 до 20 миллионов штук. Ранее мы рассказывали о создаваемом компанией Agility Robotics человекоподобном роботе Digit. В последней версии у него наконец появилась голова с большими светодиодными глазами, а также подвижные манипуляторы на концах рук, с помощью которых он может лучше обхватывать переносимые им контейнеры.