Она прогулялась на пальцах и понажимала кнопки
Швейцарские инженеры превратили антропоморфную роботизированную кисть руки в полноценного робота. Она может ходить со скоростью до 9,3 сантиметра в секунду, используя все пять пальцев в качестве ног, и самостоятельно поднимается после падений. Во время испытаний робот успешно гулял по различным типам покрытий, двигал предметы и нажимал на клавиши на клавиатуре. Препринт статьи опубликован на сайте arXiv.org.
У большинства человекоподобных роботов кисти рук жестко закреплены на концах манипуляторов. Однако нужный объект может находиться вне зоны досягаемости механической руки, например в тесном и ограниченном пространстве, куда робот физически не может проникнуть из-за своих размеров. Один из способов расширить рабочую зону — сделать кисть отделяемой и подвижной. Отдельный робот может добраться до предмета, выполнить с ним нужные действия, а затем вернуться обратно к основному манипулятору. В 2024 году подобную разработку представили инженеры из Швейцарии. Созданная ими роботизированная кисть с пятью пальцами отсоединялась от магнитного крепления на основной руке, самостоятельно ходила на пальцах и даже могла перемещать предметы.
А теперь их коллеги под руководством Роберта Катчманна (Robert Katzschmann) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха решили похожую задачу, но вместо специально разработанной руки использовали готовую кисть андроида китайской компании WUJI с двадцатью суставами, превратив ее в полноценного робота. На тыльную сторону ладони они добавили одноплатный компьютер Raspberry Pi, инерциально-измерительный модуль и литий-полимерный аккумулятор.
Масса робота составила 818 грамм. Его движением управляет нейросетевой контроллер, состоящий из нескольких политик, обученных в симуляторе методом оптимизации проксимальной политики (PPO). Главная проблема заключается в несимметричной геометрии руки, из-за нее известные алгоритмы, используемые для многоногих роботов с симметричным расположением ног, здесь плохо подходят.
Чтобы научить роборуку ходить на кончиках пальцев, инженеры применили особую систему вознаграждений в методе обучения с подкреплением. Вместо того, чтобы заранее задавать, когда каждый палец делает шаг, за каждым пальцем закрепили базовое номинальное положение относительно ладони. На сильные отклонения накладывался штраф, оставляя нейросети выбор момента шага и его длину. Другие компоненты функции вознаграждения поощряли периодическое поднятие пальцев и движение в нужном направлении, а также ограничивали вертикальные колебания и резкие изменения управляющих воздействий. Для переноса обученной политики на реального робота виртуальную модель откалибровали по измеренным физическим характеристикам приводов. Еще разработчики обучили отдельную нейросеть вставать после падения.
Робот с обученными политиками управления смог ходить по 14 типам поверхностей, включая дерево, плитку, металл, асфальт, бетон, траву и гравий. Управление осуществлялось с помощью геймпада. Средняя скорость движения вперед при движение по мату составила 9,3 сантиметра в секунду. При этом походка оказалась несимметричной: без дополнительной корректирующей команды робот самопроизвольно разворачивался вправо примерно на шесть градусов в секунду, а повороты влево выполнял медленнее, чем вправо. В тестах на подъем после опрокидывания в 21 из 25 случаев роборука самостоятельно смогла встать в исходную стойку. Только в четырех эпизодах пальцы запутались, что привело к застреванию робота.
Кроме этого, разработчики протестировали способность робота взаимодействовать с объектами. В одном из испытаний робот управлял персонажем в видеоигре Sokoban с помощью компьютерной клавиатуры. При этом он действовал вслепую, без использования камер, ориентируясь только на заранее заданные положения клавиш относительно ладони, из-за чего иногда оператору приходилось выравнивать положение клавиатуры. Манипулятор нажимал на клавиши со стрелками в заданной оператором последовательности, удерживая при этом свой вес и положение на остальных пальцах. Во втором эксперименте рука должна была пододвинуть пластиковый кубик весом 41 грамм к указанной точке. В этой задаче система управления получала координаты объекта от внешней потолочной камеры. Робот успешно приближался к кубику и толкал его в нужную зону. В дальнейшем разработчики планируют снабдить робота собственной системой визуального восприятия.
Инженеры уже не в первый раз превращают отдельные конечности человекоподобных роботов в самостоятельные устройства. В 2024 году американские инженеры собрали робота, который целиком состоит из одной антропоморфной ноги.