Робот и дрон научились совместному исследованию мира
Китайские инженеры создали алгоритм, позволяющий дрону и наземному роботу совместно создавать карту окружающей среды и избегать препятствий в ней. Эксперименты показали, что такой метод позволяет исследовать среду быстрее, чем это делают те же аппараты поодиночке, рассказывают авторы статьи, которая будет представлена на конференции ISER 2018.
Как правило, при разработке роботов инженеры выбирают их конструкцию исходя из задачи, которую это устройство будет выполнять. К примеру, наземные роботы могут перевозить достаточно массивный груз или множество датчиков и инструментов для взаимодействия со средой. Беспилотные летательные аппараты, такие как мультикоптеры, тоже имеют свои преимущества, в том числе, они способны перемещаться быстрее и исследовать более обширную территорию.
Инженеры под руководством Шаоцзе Шэня (Shaojie Shen) из Гонконгского университета науки и технологии решили объединить аппараты разных типов в единую систему, работающую более эффективно, чем те же аппараты поодиночке. В отличие от других инженеров, Шэнь и коллеги решили использовать дрон в качестве полноценного, а не резервного источника данных.
Разработчики создали алгоритм, который постоянно строит карту местности и наносит на нее объекты. При этом между исследованной и неисследованной областями образуется граница. Планировщик пути для роботов устроен таким образом, что он постоянно обновляет траекторию и посылает робота к наиболее длинному участку границы, таким образом поощряя исследование наибольших неизученных областей.
Инженеры самостоятельно создали четырехколесного робота с лидаром и квадрокоптер с направленной вниз стереокамерой для создания карты местности. Во время передвижения робот и дрон в реальном времени создают единую карту местности с нанесенными на нее препятствиями. Благодаря этому каждый из них может не тратить время на исследование области, если данные о ней уже собрал другой аппарат.
Инженеры провели два типа экспериментов — в реальной комнате размером 17 на 8 метров, а также виртуальном пространстве размером 20 на 20 метров. Во время экспериментов аппараты работали вместе или поодиночке. Результаты экспериментов показали, что во всех типах сред (виртуальной и реальной) кооперация аппаратов двух типов позволяет им составить полную карту помещения быстрее, чем при самостоятельной работе.
Недавно группа инженеров из США и Швейцарии создала пару небольших дронов, которые благодаря совместной работе научились выполнять достаточно сложные задачи. В одном из продемонстрированных экспериментов дроны смогли самостоятельно открыть большую дверь с нажимаемой ручкой.
Григорий Копиев
И реагировать на них движениями
Американские инженеры связали на автоматическом станке свитеры для роботов, которые помогают ощущать прикосновения с помощью вшитых датчиков нажима. Свитеры пригодятся, чтобы управлять движениями роботов на производстве. Работа доступна на arXiv.org. Для работы на производстве с людьми, роботам нужно быть очень осторожными, чтобы случайно не травмировать человека. Есть разные способы сделать роботов безопасными, например прикреплять к ним мягкие подушки. Другая идея — научить роботов быстро определять контакт и отодвигаться от человека. В отличие от людей, у роботов нет кожи, но для них можно сделать другую систему для распознавания ощущений из жестких или эластичных материалов, или даже одежду из текстиля, если встроить в нее датчики прикосновений. Одежду можно быстро изготавливать на ткацком станке в промышленных масштабах, и надевать на роботов разных форм и размеров. Группа инженеров из Университета Карнеги под руководством Джеймса МакКанна (James McCann) и Ян Вэньчжэня (Yuan Wenzhen) создала свитеры для роботов, которые могут надежно определять прикосновения. По словам авторов, обычно у текстильных сенсоров есть проблема: они быстро деформируются и перестают надежно работать. Исследователи попробовали с этим справиться, связав свитеры из трех слоев пряжи. Верхний и нижний слой сделаны из обычного нейлона, на котором чередуются широкие и узкие полосы. Широкие полосы сотканы из полиэстеровой металлизированной пряжи, которая хорошо проводит электричество, а узкие полосы изолятора сделаны из акрила. Средний слой — это сетка из района (искусственного шелка). Чем она тоньше, тем выше чувствительность свитера к легким прикосновениям, и наоборот — плотный средний слой подходит для сильных нажатий. Слои ткани с помощью пуговиц с проводами соединяются с устройством для считывания сопротивления, и вместе с ним превращаются в электронную схему. Когда кто-то дотрагивается до свитера, верхний и нижний слои ткани соприкасаются через отверстия в районовой сетке, и сопротивление в системе уменьшается. По сопротивлению можно определить силу нажатия. Инженеры протестировали, насколько надежно устройство определяет силу и место контакта со свитером. Первая серия экспериментов проверяла, как эффективность сенсоров меняется со временем. Эксперименты включали 42 секунды контакта с сенсорами по 20-30 раз на протяжении 4 дней. Авторы не приводят точные цифры результатов, но утверждают что сенсоры показывали стабильные результаты по определению места контакта все 4 дня, с небольшими погрешностями в конце эксперимента. Также исследователи протестировали точность сенсоров на плоской и изогнутой поверхности. На плоской поверхности по сопротивлению датчиков можно было точно определить силу нажатия. На изогнутой поверхности корреляция между сопротивлением и силой нажатия сохранилась, но выросло ее стандартное отклонение. Таким образом, сложность поверхности негативно повлияла на точность определения нажатия. Наконец, инженеры проверили эффективность чувствительных свитеров на роботах. Они надели свитер на робота Kuri, который должен был повернуть голову в ответ на прикосновение. В будущем технологию RobotSweater можно использовать, чтобы обучать роботов: например, похлопать по плечу в качестве похвалы. Пока инженеры показали, как свитеры могут пригодиться на производстве: например, промышленный робот в свитере останавливается и меняет направление движения в ответ на прикосновения. https://www.youtube.com/watch?v=YGUV1dHuCRc Прикосновения может определять не только одежда для роботов, но и искусственная кожа, которую разработала группа ученых из Стэнфордского университета. Пока кожу испытали на крысах, но авторы планируют в будущем встроить ее в человеческие протезы, чтобы улучшить их чувствительность.