Робота Atlas научили планировать путь в развалинах и протискиваться в узкие проемы
Инженеры научили гуманоидного робота Atlas самостоятельно планировать путь в сложной обстановке, которая имитирует развалины. Робот самостоятельно оценивает, куда и как именно можно поставить ногу, при этом учитывая, пройдет ли по выбранному пути его корпус, и выбирает наиболее оптимальный маршрут. Демонстрационный ролик опубликован на YouTube-канале IHMC.
Гуманоидный робот Atlas, разработанный Boston Dynamic, вместе с командой IHMC принимал участие в DARPA Robotics Challenge в 2015 году. С тех пор алгоритмы управления роботами существенно продвинулись вперед (достаточно вспомнить, что уже два года спустя Atlas научился делать сальто), однако тогда они были весьма примитивны и с трудом справлялись с передвижением даже по ровной поверхности. Поэтому на DRC команда IHMC вручную планировала каждый шаг Atlas: удаленный оператор через камеру оценивал обстановку и принимал решение о том, в какое место робот должен поставить ногу. Это не только медленно, но и неэффективно — человеческий фактор в итоге сыграл свою роль, робот оступился и упал, пытаясь пройти сложный участок. С тех пор инженеры IHMC значительно улучшили алгоритмы управления гуманоидными роботами и продемонстрировали это в новом видео.
Данные, собранные с датчиков Atlas, используются для построения модели окружающего пространства, в которой выделяются отдельные поверхности, пригодные для постановки ноги. После этого робот планирует последовательность шагов к заданной точке назначения алгоритмом поиска А*, где один шаг соответствует одной вершине графа. Каждый возможный шаг представляется множеством позиций, доступных роботу для перемещения ноги, и когда большая часть неподходящих позиций отбрасывается, алгоритм выбирает шаг, наилучшим образом приближающий его к цели.
Алгоритм планирования также позволяет роботу использовать поверхности, которые по размеру меньше ступни — благодаря этому Atlas может строить более выгодные маршруты в сложной обстановке (например, перейти яму по узкой доске). Также планировщик учитывает размеры корпуса Atlas при планировании пути. Это позволяет не только избегать столкновений, но и дает роботу возможность протискиваться боком в узких проемах.
При этом разработанная инженерами система не привязана к конкретному гуманоидному роботу — в ролике также демонстрируется, как планировщик пути использует робот Valkyrie, созданный по заказу NASA. Сначала он идет по кратчайшему пути к цели, а затем дважды изменяет путь, когда дорогу ему неожиданно перегораживают коробками.
Стоит отметить, что еще в 2016 году в IHMC научили робота Atlas ходить по сложной поверхности, самостоятельно определяя подходящую точку опоры: если Atlas не может поставить ступню целиком, то он частично нагружает выставленную вперед ногу, а также изменяет угол постановки ступни, пока не найдет наиболее устойчивое положение. По-видимому, эти наработки частично или полностью интегрированы в новый планировщик.
Другой примечательный робот Boston Dynamic, способный совершать сложные движения — двухметровый Handle. Он предназначен для переноски грузов, может развивать скорость до 14,5 километров в час, заряда аккумулятора хватает приблизительно на 24 километра. Робот работает на электроприводах и гидравлике, может прыгать в высоту на 1,2 метра и поднимает груз массой в 45 килограммов (дополнительно его можно оснастить присоской для переноски груза).
Николай Воронцов
Пока лишь со скоростью 1,6 миллиметра в секунду
Американские инженеры разработали робота, способного автономно передвигаться в толще сыпучего материала, проталкивая себя вперед с помощью двух конечностей, напоминающих плавники. В испытаниях робот продемонстрировал способность передвигаться в песке на глубине около 127 миллиметров со скоростью до 1,6 миллиметра в секунду. Статья опубликована в журнале Advanced Intelligent Systems. Сыпучие материалы, такие как песок, мягкие почвы, снег или лунный реголит, представляют собой довольно сложную среду для передвижения. Объекты, движущиеся в их толще, испытывают высокое сопротивление, возрастающее с глубиной погружения. Кроме того, сыпучая среда ограничивает возможности зондирования и обнаружения препятствий. Тем не менее инженеры пытаются создать роботов, способных передвигаться в таких условиях. Например, американские разработчики представили прототип робочервя, способного двигаться в толще песка. Для снижения сопротивления он выдувает перед собой воздух, и одновременно разматывает мягкую оболочку своей передней части, выталкивая ее вперед, в то время как остальное тело остается неподвижным. Это позволяет значительно снизить сопротивление движению. Однако для его работы требуется воздух, который приходится подводить с поверхности. Создать робота, который смог бы передвигаться в песке автономно, решили инженеры под руководством Ника Гравиша (Nick Gravish) из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Разработанный ими робот перемещается, проталкивая себя вперед через толщу сыпучей среды с помощью двух гибких конечностей, напоминающих плавники морской черепахи. Конечности состоят из пяти звеньев. Каждое звено способно вращаться относительно предыдущего, но углы их отклонений ограничиваются с помощью фиксаторов. В движение оба плавника приводятся через червячную трансмиссию с помощью единственного электромотора. При этом трансмиссия воздействует только на первые ближайшие к корпусу звенья. Благодаря фиксаторам, ограничивающим углы поворотов звеньев, при движении вперед конечности изгибаются, испытывая меньшее сопротивление среды, а при движении назад наоборот, распрямляются, позволяя роботу отталкиваться от песка. На концах конечностей разработчики поместили сенсоры, с помощью которых робот может обнаруживать расположенные сверху объекты. Корпус робота длиной около 26 сантиметров имеет прямоугольное сечение и утолщение в передней части, которое позволяет снизить сопротивление песка при движении. Нос робота заострен и имеет наклонную поверхность сверху, которая необходима для компенсации подъемной силы, возникающей при движении в песке. С этой же целью по бокам после проведенных тестов пришлось разместить два дополнительных наклонных неподвижных плавника, так как робот имел тенденцию задирать нос при движении под действием выталкивающей силы. Чтобы избежать попадания песчинок в механизм, конечности поместили в чехлы из нейлоновой ткани. Разработчики протестировали робота, погруженного на глубину 127 миллиметров в песок, сначала в небольшом искусственном резервуаре, а после в естественных условиях в песке на пляже. В сухом песке робот смог развить скорость 1,6 миллиметра в секунду. В более влажном песке на пляже робот двигался медленнее, со скоростью около 0,57 миллиметра в секунду. В будущем инженеры планируют увеличить скорость передвижения робота, а также научить его самостоятельно погружаться в песок. Ранее мы рассказывали об исследовании, в котором физики выяснили, что происходит со структурой песка при передвижении по нему с помощью прыжков. Они обнаружили, что при правильно подобранном времени задержки между приземлениями и новым толчком, можно увеличить высоту прыжка на 20 процентов и даже больше.