Роборуку научили выполнять простые действия с незнакомыми предметами
Американские инженеры научили роботизированный манипулятор распознавать незнакомые объекты определенных классов и главные части их строения, а также выполнять типовые задачи. К примеру, робот может распознать кружку, найти ее основание и отверстие, образованное ручкой, а затем повесить ее за ручку на сушилку. Разработка может помочь в создании роботов, способных выполнять полезные действия с повседневными объектами, даже если они видят конкретный предмет впервые, рассказывают авторы статьи, опубликованной на arXiv.org.
Захват предметов — одна из самых актуальных и потенциально прибыльных отраслей робототехники, потому что наработки из этой области можно применять во многих ситуациях и устройствах. К примеру, онлайн-ритейлер Amazon, стремящийся автоматизировать свои склады, до недавнего времени проводил ежегодный конкурс среди разработчиков хватающих роботов. И если с электромеханической стороной захвата предметов роботы уже справляются хорошо, используя сжимающиеся руки или присоски, то алгоритмическая часть пока отстает. Одна из ключевых нерешенных на данный момент проблем заключается в недостаточной генерализации выучиваемых роботом навыков. К примеру, обычно робот может запомнить конкретный предмет и его структуру, но, с большой долей вероятности, не сможет перенести навык на другой, пускай и похожий по форме предмет. Кроме того, обычно хватающие роботы могут поднять и переместить предмет, но не умеют выполнять более сложные задачи.
Группа инженеров из Массачусетского технологического института под руководством Расса Тедрейка (Russ Tedrake) не первый год занимается разработкой алгоритмов для хватающих роботов и, к примеру, в прошлом году представила алгоритм, позволяющий роборуке захватывать незнакомые предметы. В своей новой работе инженеры так же научили робота захватывать незнакомые ему предметы, но использовали для этого другое представление предмета. Кроме того, они научили робота выполнять типовые действия, ассоциированные с предметом того или иного типа.
Ключевой аспект работы заключается в том, как именно разработчики научили робота одинаково эффективно работать с разными экземплярами одного и того же типа предметов, которые топологически эквивалентны друг другу (к примеру, с разными кружками). Для этого инженеры научили робота определять ключевые точки на предмете, которых достаточно для выполнения задачи. В случае с кружкой таких точки всего три: центр основания, центр верхней части отверстия кружки и центр отверстия, образованного ручкой. Если роботу необходимо поставить кружку вертикально, он должен найти на кружке первые две точки и поставить ее таким образом, чтобы линия между ними была перпендикулярна поверхности стола. Находить центр отверстия, образованного ручкой, роботу необходимо, если он должен повесить кружку на сушилку.
Для определения ключевых точек предметов авторы воспользовались разработанной ранее другими исследователями нейросетью, изначально предназначенной для определения ключевых точек человеческого тела. Разработчики обучили алгоритм, создав датасет, содержащий более ста тысяч изображений. Они были созданы на основе 117 3D-моделей, на которых авторы вручную разметили ключевые точки.
После обучения алгоритмов разработчики провели эксперименты на промышленном робоманипуляторе Kuka. У робота было три задачи: поставить кружку в вертикальное положение в заданном месте стола, повестить кружку на сушилку, и поставить ботинок на полку для обуви. Робот справился с задачей в большинстве случаев, но у него возникли проблемы с надеванием небольших кружек на рейку сушилки — в этом случае он успешно справился лишь со второй попытки.
Другие инженеры также занимаются проблемой обучения роботов типовым действиям с предметами. Например, в 2018 году другая группа американских разработчиков создала робота, который способен повторять простые действия с предметами, выполняемые человеком, после всего лишь одной демонстрации.
Григорий Копиев
Он выдерживает температуру в 200 градусов Цельсия на протяжении 10 минут
Инженеры разработали термоустойчивый квадрокоптер FireDrone, он способен выдержать температуру в 200 градусов Цельсия в течение десяти минут. Это стало возможно благодаря тепловой защите на основе аэрогеля из полиимида, в которую заключены все внутренние компоненты дрона, включая электромоторы. Прототип оборудован инфракрасной камерой и термодатчиками, отслеживающими внутреннюю и внешнюю температуры. Благодаря устойчивости к высоким температурам дрон может пригодиться пожарным службам для разведки во время пожаров. Статья опубликована в журнале Advanced Intelligent Systems. Во время тушения пожаров пожарные службы отправляют на место происшествия разведывательные отряды, чтобы оценить ситуацию. Это создает риск для жизни и здоровья сотрудников спасательных служб, поэтому инженеры ищут возможность использовать для этой цели дроны, которые можно было бы отправить к источнику опасности вместо людей. С помощью беспилотников можно предварительно обследовать место происшествия и определить положение источников опасности, составить план местности и попытаться найти выживших. Однако для того, чтобы работать в непосредственной близости от источника высокой температуры, дрон должен обладать термозащитой. Инженеры под руководством Мирко Ковача (Mirko Kovač) из Имперского колледжа Лондона разработали прототип квадрокоптера FireDrone с термозащитой на основе армированного стеклотканью полиимидного аэрогеля — легкого пористого геля, который состоит в основном из воздушных полостей в полиимидной матрице с добавлением стекловолокна и силикатного аэрогеля. Благодаря этой защите дрон способен выдерживать температуру до 200 градусов Цельсия на протяжении десяти минут, при этом температура внутри корпуса не превышает 40 градусов. Помимо обычной RGB-камеры, дрон оборудован также камерой, снимающей в инфракрасном диапазоне для обнаружения источников высокой температуры, в условиях сильного задымления. Бортовая электроника один раз в секунду измеряет температуру снаружи и внутри термозащитного кожуха. Внутри дрона есть система охлаждения, которая построена на использовании эффекта понижения температуры при испарении сжиженного углекислого газа, который находится в картридже. При излишнем нагреве происходит открытие клапана и небольшие трубки распределяют газ для охлаждения внутренних компонентов. Термозащита дрона построена из плоских элементов толщиной 15 миллиметров, которые крепятся к раме из полиамида, образуя ромбокубооктаэдр. Корпус такой формы проще в изготовлении, чем корпус с изогнутыми элементами, при этом он имеет достаточный внутренний объем. Для отражения инфракрасного излучения от источников тепла снаружи дрон покрыт алюминиевой фольгой. Двигатели находятся в центральной части дрона, их вращение передается пропеллерам с помощью трансмиссии. Термозащиту разработчики испытали в тепловой камере, а также в тестовых полетах вблизи источников открытого пламени. Эти эксперименты подтвердили, что за счет тепловой изоляции с помощью аэрогеля и использования системы охлаждения удается значительно замедлить рост внутренней температуры. Кратковременно дрон способен выдержать температуру даже больше 1000 градусов, однако при этом начинают происходить структурные изменения корпуса за счет деформации аэрогеля. Для чистого полиимидного аэрогеля такая деформация наблюдается уже выше 200 градусов, но дополнительные армирующие добавки позволяют снизить этот эффект. Благодаря низкой теплопроводности дрон может использоваться также и при низких температурах. И если время работы дрона в условиях высокой температуры определяется размером резервуара с углекислым газом для системы охлаждения, то в случае полетов в условиях холода, внутренняя температура поддерживается на достаточном уровне за счет тепловыделения внутренних компонентов дрона. https://www.youtube.com/watch?v=pNp2T9Sx7xY Из множества существующих дронов, предназначенных для тушения пожаров с помощью воды или огнетушителей выделяется гексакоптер NIMBUS, разработанный специалистами из Университета Небраски-Линкольна. Вместо тушения уже разгоревшегося огня, он предназначен для создания новых контролируемых поджогов — одного из методов борьбы с пожарами. Для этого он оборудован системой сброса горящих шаров.