Инженеры Toyota научили мягкого робота брать вещи в охапку

Инженеры из исследовательского подразделения компании Toyota разработали человекоподобного робота Punyo, который может захватывать предметы двумя руками, прижимая их к груди. Он покрыт надувными элементами с тактильными сенсорами, что позволяет ему взаимодействовать с хрупкими предметами, контролируя силу захвата, а также уменьшает вероятность их проскальзывания. С помощью телеуправления инженеры обучили алгоритмы робота автономно взаимодействовать с разными предметами. Предполагается, что роботы подобные Punyo пригодятся в будущем в роли домашних помощников, сообщает New Atlas.

Первые человекоподобные роботы, как предполагается, будут предназначены для выполнения простой работы, связанной с переноской грузов. Уже существующие на сегодняшний день модели обычно переносят небольшие контейнеры или коробки в руках, или поднимают за раз не более одного предмета. Однако в случае, когда речь идет о переноске объемных и мягких вещей, сами люди зачастую поступают иначе — они могут взять сразу несколько предметов, собрав их в одну кучу, обхватив руками и прижав к груди. У такого способа есть преимущества: во-первых, он позволяет взять больше объектов за один раз. А во-вторых, таким образом можно носить более тяжелые предметы, так как в этом случае часть веса перераспределяется с рук на тело.

На это обратили внимание инженеры из компании Toyota, разрабатывающие человекоподобного робота под названием Punyo. Это японское слово обозначает нечто мягкое и милое, и оно хорошо характеризует внешность робота. Punyo представляет собой верхнюю часть туловища андроида — торс, с головой и двумя руками, покрытые мягкими надувными элементами, поверх которых надета тканевая оболочка, напоминающая свитер. На каждой руке робота находится по 13 надувных элементов из поливинилхлорида, с подсоединенными к ним датчиками давления. Благодаря этому робот может ощущать контакт с предметами.

Вместо привычных манипуляторов у робота Punyo есть захваты с мягкими контактными площадками, об устройстве которых мы уже рассказывали несколько лет назад. Их внутренняя поверхность покрыта рисунком в виде точек, а при контакте с предметами оболочка искривляется и алгоритм с высокой точностью распознает касание и даже форму предмета по искаженному рисунку с помощью встроенных внутри манипуляторов видеокамер.

Главная особенность робота Punyo заключается в том, что он, как человек, может поднимать расположенные перед ним предметы, беря их в охапку — то есть обхватывать двумя руками и прижимать к груди. При этом мягкая поверхность тела робота подстраивается под форму предметов, с которыми он взаимодействует, а кроме этого помогает увеличить трение и равномерность распределения воздействующих на его тело сил. Также тактильное восприятие с помощью датчиков давления дает роботу возможность контролировать прикладываемую к объектам силу и реагировать на возможное скольжение и удары.

Движения робота можно напрямую контролировать через телеуправление или обучать его таким образом. Для этого используется два метода: политика диффузии и обучение с подкреплением на основе примеров. Первый подход использует выполняемые через телеуправление демонстрации для обучения сенсомоторным политикам (используя обратную связь с камеры и тактильную обратную связь) в задачах, трудных для моделирования. Второй метод требует моделирования задач в симуляции, а также небольшой набор демонстраций, выполненных человеком, чтобы направить алгоритм в нужном направлении.

Используя эти методы, инженеры научили Punyo различным способам взаимодействия с предметами. К примеру, робот может захватывать сразу множество предметов двумя руками, прижимая их к груди, или перемещать их обычным образом, удерживая на вытянутых руках. В одной из задач, например, робот с помощью манипуляторов взял картонную коробку с мягкой игрушкой внутри и поставил ее на полку. В другой задаче, робота обучили взаимодействовать с пластиковой емкостью для воды. Стоящую перед ним емкость, действующий автономно робот может осторожно обхватить одной из рук, поднять, и поставить себе на плечо, или, используя обе руки, перевернуть ее вверх дном.

По мнению разработчиков, в будущем роботы, подобные Punyo, станут помощниками в быту, выполняя работу по дому, а также будут оказывать помощь пожилым и маломобильным людям, помогая им передвигаться.

Надувную оболочку можно использовать не только для безопасного физического взаимодействия с предметами, но и, к примеру, для того, чтобы создать недорогую систему телеприсутствия. Прототип такого надувного робота-аватара разработали японские инженеры из Университета Хосей. Их надувной аватар даже оборудован системой тросов и сервоприводов, с помощью которых может выполнять различные жесты для невербальной коммуникации.