Робот-поводырь провел человека через лабиринт из коробок
Американские инженеры научили четвероногого робота выполнять роль собаки-поводыря. Он составляет карту окружающего пространства, строит на ней маршрут и проводит человека, меняя натяжение поводка. Статья о разработке будет представлена на конференции ICRA 2021 и доступна в виде препринта на arXiv.org.
Традиционно люди с полной или частичной потерей зрения используют для ориентирования трость или собаку-поводыря, которая проводит человека по улице или помещениям, минуя препятствия. В последние годы разработчики пытаются тем или иным образом заменить эти средства на более технологичные. Чаще всего в этих проектах используется висящий на теле смартфон, наушники или шлем дополненной реальности, распознающий объекты вокруг и дающий те или иные подсказки. Это довольно удобный подход, потому что требует носить с собой лишь небольшое устройство, но сам принцип ведения в этих проектах не такой, как при работе с собакой-поводырем, поэтому привыкание к ним может занять некоторое время.
Аньсин Сяо (Anxing Xiao), Вэньчжэ Тун (Wenzhe Tong) и их коллеги из Калифорнийского университета в Беркли выбрали иной подход: использовать тот же принцип помощи, что и при работе с собакой, но заменить саму собаку на робота. В качестве аппаратной платформы они воспользовались четвероногим роботом Mini Cheetah, созданным их коллегами из Массачусетского технологического института. Авторы оснастили робота лидаром для локализации и построения карты окружающего пространства, и камерой глубины, направленной на пользователя — с ее помощью робот распознает положение ведомого человека и подстраивает свои движения.
Во время ведения робот строит оптимальный маршрут с учетом препятствий. При его выполнении он следит за положением человека и двигается «с запасом» по более широкой траектории, чтобы человек шел ближе к центру между препятствиями. Также робот определяет натяжение поводка и рассматривает натянутое и не натянутое состояние как два разных: в первом случае он подразумевает, что человек будет двигаться ровно за ним, а во втором — нет. Наконец, помимо положений обоих объектов (человек и робот), алгоритм также рассчитывает небольшие зоны безопасности, чтобы в случае ошибок локализации человек не сталкивался с препятствиями.
Испытания на полосе препятствий из коробок показали, что точность определения траектории робота составляет 2,3 сантиметра, а для человека падает до 17,6 сантиметра, но этого все равно достаточно для нормальной работы. Разработчики успешно продемонстрировали, как робот-поводырь проводит человека через полосу с минимальной шириной в метр при длине системы робот-человек в 1,6 метра. Они отмечают, что этого удалось достичь именно благодаря тому, что робот может переключаться между натянутым и не натянутым состояниями поводка.
Инженеры предлагают для решения проблемы навигации для слепых и слабовидящих людей и другие решения. Например, в прошлом году британский студент создал для этого ручной гиродин, который наклоняется в руке, указывая человеку направление.
Григорий Копиев
Он пригодится на Марсе, Луне и ледяных спутниках планет-гигантов
Инженеры разработали концепцию робота для будущих миссий по изучению пещер на Марсе, Луне и ледяных спутниках планет-гигантов. Проект ReachBot описывает устройство с несколькими конечностями, которые способны раскладываться и дотягиваться до удаленных точек, на которых можно закрепиться с помощью захвата с металлическими шипами, сообщается в отчете NASA. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера С тех пор как орбитальные исследовательские аппараты подтвердили существование пещер под поверхностью Марса и Луны, ученые не перестают размышлять над их полноценным исследованием. Помимо ценной информации об истории формирования небесного тела, в пещерах, куда не проникают ультрафиолетовые солнечные лучи и космические заряженные частицы, могли бы сохраниться и следы внеземной жизни. До последнего времени все подвижные роботы, предназначенные для изучения других планет, разрабатывались с расчетом, что они будут передвигаться только по сравнительно ровной поверхности. Поэтому они имеют относительно простое четырех- или шестиколесное шасси, которое устойчиво и не требует много энергии, но, к сожалению, не позволяет передвигаться по крутым каменистым склонам и скалам, и потому не подходит для исследования пещер. Инженеры под руководством Марко Павоне (Marco Pavone) из Стэндфордского университета уже несколько лет работают над многоэтапным проектом ReachBot для NASA, развивающим концепцию робота, способного перемещаться по пещерам и скалам со сложным рельефом, недоступным для других видов роботов при разных уровнях гравитации. Его главная особенность заключается в необычном способе передвижения. Вместо колес или ног у него есть несколько гибких удлиняющихся конечностей, на конце которых располагаются захваты с множеством мелких металлических шипов, которые цепляются за малейшие неровности на каменной поверхности. Аналогичный способ удержания на вертикальных поверхностях применялся в прототипе робота-скалолаза LEMUR, разработанном Лабораторией реактивного движения NASA. За счет металлических шипов робот может удерживать свое положение, распределив свой вес между несколькими конечностями, пока подыскивает следующую точку опоры для одной из них. Ожидается, что ReachBot сможет передвигаться не только по стенам и потолку, но и по полу как обычный ходячий робот. Однако на данной стадии проектирования конкретной конструкции для конечностей еще нет. Разработчики оценили параметры робота для миссии по исследованию марсианской лавовой трубки с высотой от пола до потолка порядка 30 метров. Это должно быть устройство массой около 10 килограмм, с восемью конечностями, способными развертываться до 20 метров в длину, оборудованное камерами и лидаром для навигации и прокладывания маршрута, а также для картографирования окружения. На предыдущих этапах были разработаны алгоритмы движения робота на плоскости, а также построен примитивный прототип ReachBot. В качестве четырех конечностей на нем используются стальные измерительные рулетки, оснащенные механизмом поворота, который позволяет «наводить» их на объект. После чего другой механизм раскручивает рулетку, на конце которой расположен захват с металлическими шипами. Робот умеет определять положение предметов вокруг с помощью визуальных меток, дотягиваться до них конечностями, ухватываться с помощью захватов и подтягивать себя в нужном направлении. В будущем разработчики планируют построить версию, которая способна двигаться в трехмерном пространстве. https://www.youtube.com/watch?v=Q6uvS_19OcA Существуют и другие концепции исследования инопланетных пещер, куда нет доступа колесных роботам. Одна из них предполагает использование нескольких четвероногих роботов Spot Mini. Каждый из членов группы будет отличаться от других, иметь свою роль и помогать другим.