Sådan fungerer Pleo

Pleo:En robot Camarasaurus Foto høflighed Ugobe

Med John Sosokas ord, teknisk chef i Ugobe, mange af nutidens forbrugerrobotter har "virkelig fejret at være en robot ... hvis du ser på Roboraptor eller Sony AIBO, det fede ved dem [er], at de [er] en robot. "Så er der Pleo, Ugobes nye robotiske livsform. Pleo fejrer at være en dinosaur.

Robotbilledgalleri

I stedet for at have en boxy krop og lemmer med synlige led, Pleo ligner en baby Camarasaurus. Camarasaurus var en sauropod , eller en stor, plante-spise, firbenet dinosaur. Camarasaurus levede for omkring 150 millioner år siden i det, der nu er Nordamerika og Europa. De kunne vokse til mere end 60 fod (18 meter) i længden og veje omkring 40, 000 pund (18 tons). Men babyer af arten, der klækkede fra æg, var små - omtrent på størrelse med Pleo.

I modsætning til rigtige dinosaurer, Pleo har ikke rigtigt et køn. "Det er ikke nødvendigvis en han, [men "han"] er bare let for mig, "siger Sosoka. For konsekvens, vi går ud fra, at Pleo er en mand, også. I de første fem til 10 minutter af hans liv, Pleo fungerer som en hatchling, åbner langsomt øjnene og vænner sig til lyset. Derefter, i 30 til 45 minutter, han er et spædbarn, langsomt og foreløbigt udforske og vænne sig til verden omkring ham. Efter det, han er ung. Han græsser, gåture, snuser, spiller og vrikker. Han udforsker verden, reagerer på mennesker og andre Pleos, og interagerer med sit miljø.

Det kræver mere end bare et realistisk lag kunstig hud for at få denne proces til at virke naturtro i stedet for robotisk. Og mens Pleo har mange af de samme komponenter, som andre robotter gør, de arbejder sammen med et lidt andet formål - at skabe illusionen om liv. I stedet for bare at oprette en funktionel robot, de skaber en overbevisende fremstilling af en baby dinosaur.

I denne artikel, vi vil udforske teknologien bag Pleo. Vi starter med et kig på, hvordan Pleo blev til, og hvorfor han ligner en Camarasaurus i stedet for en T. Rex eller Utahraptor.

Følsom hud

Ugobe har bemærket, at farven på Pleos hud kan begynde at slides af ved brug. Virksomheden foreslår et par tricks til at beskytte Pleos pigment. Den ene er at påføre lidt babypulver - det reducerer friktionen. En anden er at klappe Pleo forsigtigt med din hånd, ikke med dine negle.

Indhold

En baby Camarasaurus
Pleo -prototypen
Pleos adfærd og bevægelse
Pleos sensoriske system
Pleos processor
Pleo's Motors, Haler og rygsøjler
Tilpasning af Pleo

En baby Camarasaurus

Camarasaurus:fire ben, en lang hals, Foto høflighed Ugobe

Ideen til en baby dinosaur kom fra Caleb Chung, medopfinder af Furby og en af opfinderne bag Pleo. "[Chung havde] skabt tonsvis af ... andre former for produkter, og han havde altid ønsket at lave en dinosaur, "Sosoka siger. Det næste trin var at bestemme dinosaurens art." Vi ville lave en firdobbelt, fordi de er mere stabile, ”Forklarer Sosoka.

Udover at være stabil, Pleo skulle være udtryksfuld. Sosoka fortsætter:

Evnen til at udtrykke og interagere følelsesmæssigt var en af de vigtigste ting, vi ønskede at gøre. For at gøre det, vi skulle have nogle funktioner i dinosauren ... der ville gøre det let for folk at se følelser. Den ene store er en hale ... Hvis en hund [har] en hale, du kan bare se, halen går op, når de er spændte, det går ned mellem deres ben, når de er bange ... [hvis] de ikke er sikre, så rykker det virkelig langsomt, og så bestemmer de "Oh yeah, det er i orden! "så brager det.

Halen var ikke den eneste grund til, at designerne valgte at oprette en Camarasaurus. "Den har en relativt lang hals. Mange dinosaurer har ikke rigtig lange halser, "siger Sosoka." Og så havde den et ret stort hoved. Pleos hoved er større ... og det er ikke bare perfekt skaleret, fordi der er mange ting at putte i der ... men kombinationen af at ville have halen, har et hoved i god størrelse, en lang hals, de firdobbelte, førte os til den særlige dinosaur. "

Der var også masser af forskningsmateriale om Camarasaurus. De var rigelige i Nordamerika, så der er masser af Camarasaurus -fossiler, herunder spædbørn og unge fossiler. "Vi kunne se, at dette ville være den faktiske størrelse, dyret ville være et sted omkring to uger gammelt, "Sosoka siger." Så de kommer ud af dette store, runde æg ... så vokser de selvfølgelig til at blive enorme, denne gigantiske ting. Så ved at vælge dette og vælge denne størrelse, det er den rigtige størrelse, som en af disse ville være, hvis du kunne have en luge og løbe rundt om dit bord eller din stue. "

Når udviklerne besluttede sig for en art, det næste trin var at udvikle en prototype. Vi vil se på, hvordan Pleo gik fra idé til virkelighed i det næste afsnit.

Forhistoriske forbrugerrobotter

Robotter til hjemmebrug kan virke nye eller endda futuristiske, men købt i butikken, programmerbare robotter har eksisteret i et stykke tid. For eksempel, i 1980'erne, der var robotter kendt som Omnibot og Robie Sr. Du kunne programmere disse robotter ved hjælp af en fjernbetjening - robotterne gemte programmerne på kassettebånd. Nogle af nutidens robotter, herunder Robosapien og Robosapien V2, er også programmerbare ved hjælp af en fjernbetjening, men de gemmer oplysninger om digital hukommelse.

Pleo -prototypen

En tidligere version af Pleo - Foto høflighed Ugobe

Det kræver meget at komme fra ideen om en dinosaur til en gående model, især når målet er, at modellen skal være særligt naturtro. "Den første idé ... var en idé om, hvordan vi kunne skabe meget mere naturlig og karakterbaseret animation, "Sosoka siger." Vi arbejdede på at udvikle en prototype for at se, om denne idé virkelig ville være effektiv ... I løbet af et par måneder, [det] resulterede i en lille rollator. Vi havde en blå rollator og en rød rollator, og de var små, næsten som stick-figure robotter lavet af normale hobbyservoer og sådan noget. Men da du så dem bevæge sig, det var meget udtryksfuldt. "Du kan se en af disse vandrere i vores Pleo -video.

Det næste trin var at tage den grundlæggende idé om en gående robot og omdanne den til en dinosaur. Dette involverede et team af eksperter, og ikke kun eksperter i robotik. "Mange af de ting, vi har brug for, er meget, meget specialiseret, "Sosoka siger." Vi har en slags udvidet familie af entreprenører ... vi skal flyve forskellige mennesker [ind] fra forskellige steder for at gøre det. "Teamet, der arbejder på Pleo, kan ændre sig fra dag til dag." Vi har særlige AI -talenter og sensortalenter og alle slags ting ... Du ved ikke præcis, hvilken slags mennesker du vil støde på, når du er derude. "

Mange af disse eksperter arbejdede på at få Pleo til at se virkeligt ud og lyde. Sosoka forklarer:

Afhængigt af hvornår du møder på laboratoriet, du kan se en genkodningssession, når vi laver stemmer til Pleo ... så har vi vores optagelsesingeniør, der arbejder med dem ... så er der mennesker som billedhuggeren, der da vi fik den grundlæggende idé om [hvilken] dinosaur .. . Når vi har idéen om, hvilken dinosaur vi ville repræsentere, vi havde en billedhugger, der arbejder med alle slags dinosaurskulpturer ved La Brea tjæregravene og historiske rekreationer ... han ledte efter måder at gøre dette mere realistisk.

Billedhuggeren skabte den fysiske tekstur og form af Pleos termoplastiske hud. "Han lavede alle disse små mønstre for at få de små bump på huden frem, han lavede alle disse forskellige mønsterstykker, "Sosoka siger. En anden ekspert skabte farvemønstrene på Pleos krop." En anden person, vi havde, er en malingguide med specialeffekter, ”Forklarer Sosoka.

Pleos naturtro kvaliteter kommer også fra den måde, han bevæger sig på. Vi vil se på inspirationen til Pleos adfærd næste gang.

Servoer

En servomotor, eller servo, er en lille, selvstændig elektrisk motor med gear, kredsløb og en udgangsaksel. De bruges ofte i små robotter og modelfly.

Pleos adfærd og bevægelse

Pleo er lidt mere legende end en rigtig Camarasaurus sandsynligvis ville have været. Foto høflighed Ugobe

Pleo har masser af programmering, der styrer hans bevægelser. Han kan også kombinere programmerede bevægelser til at skabe nye bevægelser baseret på hans miljø. Den vej, han kan synes at have en hensigt eller et formål med sine handlinger og at udtrykke følelser. Men disse handlinger afspejler ikke nødvendigvis, hvad en ægte Camarasaurus ville gøre. "Vores mål med Pleo er ikke at være en model ... af Camarasaurus, men vi ønskede at være så videnskabeligt præcise som vi kunne, "siger Sosoka.

Så Ugobe -teamet arbejdede med paleontologer, zoologer og andre specialister til at skabe et realistisk grundlag for Pleos adfærd og samtidig gøre dinosauren mere personlig og legende. "[Caleb Chung] arbejdede sammen med nogle forskere for at forsøge at forstå mere om dette væsen, og hvordan de levede, og hvordan de ... bevægede sig og ideer om, hvordan de kunne have lydt og sådan noget." Til den forskning, teamet tilføjede de kvaliteter, folk kunne lide i et kæledyr. "Nogle gange ligner karakteren mere en hund end en dinosaur, "siger Sosoka, "Vi dryssede lidt mere karakter der, men uanset hvor vi kunne, forsøgte vi at gå med videnskab og vores forståelse af det dyr. "

Uanset om det handler som en dinosaur eller en hund, Pleos adfærd kommer fra kunstig intelligens. Sosoka forklarer. "Vi har en lille hukommelse, ligesom i klassisk AI, som en perceptron eller en lille neuron. Og baseret på hvad der sker i Pleos verden [værdierne i hans hukommelse] ændrer sig. "

Disse ændrede værdier giver forskellige Pleos mulighed for at opføre sig anderledes, afhængigt af deres miljø. Sosoka fortsætter:

Valget af, hvad Pleo skal gøre, er baseret på dyremodeller taget fra feltet. [Vi kan] modellere nogle af disse processer digitalt, og sådan får vi noget af den antonyme og enkle læringsadfærd, som Pleo kan udvise. Så afhængigt af hvad Pleo oplever, at Pleo vil træffe forskellige valg i, hvordan han reagerer på stimuli i fremtiden. Så hvis Pleo ... altid bliver misbrugt, eller hvis han er et miljø, hvor der sker mange skræmmende ting, så bliver han mindre aktiv, det bliver sværere at få ham begejstret og sådan noget. På den anden side, hvis du har en Pleo, der bliver spillet med meget, ved du, at når du spiller med ham, vil han være meget mere udtryksfuld og glad ... [Han kan] hyle eller synge.

Disse ændringer i Pleos adfærd er ikke nødvendigvis permanente. Som Sosoka forklarer, "I vores design, Pleo bliver ikke rigtig voksen. Han begynder virkelig ung, hvor han næsten ikke kan vide, hvor du rører ved ham, og han begynder at forstå sin krop og derefter bevæge sig. Pleo kommer ikke forbi den sene teenage alder, så han får ikke rigtigt det sæt på sin måde ... han er stadig plastik på den måde. Han er stadig i stand til at ændre sig. "

Sammen med Pleos lyde, som spilles gennem to højttalere i hans krop, disse bevægelser hjælper Pleo med at formidle udseendet af følelser, fra sult til glæde. Næste, vi ser på nogle af detaljerne for at få Pleo til at bevæge sig ekspressivt.

At lære at lære

Nogle af disse læringsevner er stadig i horisonten. Ugobe planlægger at frigive en downloadbar opdatering til Pleos programmering, der vil opgradere hans indlæringsevner engang i løbet af 2008.

Pleos sensoriske system

Pleos sensoriske netværk Foto høflighed Ugobe

Det tager 14 motorer at styre Pleos bevægelser. Men Pleo er nødt til at gøre mere end bare at gå rundt uden formål. Hans bevægelser skal være målrettede, og han skal reagere på mennesker og genstande. For at dette kan ske, Pleo har brug for sensorer - masser af sensorer.

Nogle af disse sensorer er berøringssensorer. "Vi ville ikke have, at du skulle føle, at du var ved at finde en sensor eller trykke på en knap eller noget, "Sosoka forklarer, "så en af de ting, vi gjorde, var, at vi satte otte kapacitive sensorer i ... kapacitive berøringssensorer, som nogle gange [er] på lys ... eller på din iPod." At finde en måde at bruge disse sensorer på var en udfordring. "Hvis du snowboarder, skal du trykke på din iPod gennem handskerne, det virker ikke, fordi det ikke er pres, der gør det. Det er faktisk den elektriske kobling med vandet i din krop. "

Dette betød, at Pleos hud - mens den var helt nødvendig for at få ham til at se ægte ud - kunne komme i vejen for sensorerne. Sosoka siger:

Ideen var at prøve at indstille dem, så du kunne være en hårsbredde væk fra Pleos hud, og han ville opdage din berøring næsten som om han havde små små hår eller noget ... Nå det viser sig, at det er virkelig let at køre kapacitive sensorer på en iPod eller en lampe, men det er meget svært at gøre kapacitive sensorer på noget under en hud, der bevæger sig og knækker, mens han bevæger sig, [og] med motorerne overalt, med alle disse elektriske forstyrrelser ... så det endte faktisk med at tage os lang tid at ordne [interferensproblemerne].

Disse kapacitive sensorer ligner tynde, metalstrimler. De er placeret på Pleos ben, tilbage, skulder, hoved og under hagen. Ud over disse sensorer er:

En infrarød (IR) sender/modtager
To mikrofoner, placeret, hvor dinosaurens rigtige ører ville være
Et farvekamera
En infrarød afbryder, som lader ham opdage uigennemsigtige genstande i hans mund
Tilt/shake sensorer, som registrerer ændringer i hans position
Jordføler på bunden af hans fødder
Force feedback -sensorer i motorerne i hans ben

At tolke og reagere på alt dette input kræver et netværk af processorer og kredsløb. På den næste side, vi ser på, hvordan Pleo håndterer alle disse data.

Pleos processor

Pleos interne sensorer og kredsløb Foto høflighed Ugobe

At få Pleo til at foretage målrettede bevægelser og lyde starter med at behandle alle de input, han modtager. De otte berøringssensorer er en stor informationskilde. Sosoka forklarer, "Hver af [berøringssensorerne] har dedikeret behandling, som de kan udføre inde i en dedikeret chip."

En separat processor i Pleos hoved håndterer input fra området omkring den del af hans krop. Sosoka beskriver processorkraften der:

Det er en ARM7 32-bit mikroprocessor, og det er meget kraftfuldt og det er meget hurtigt ... Den processor er ansvarlig for at styre lydinputet via Pleos to mikrofoner til binaural hørelse. [Den håndterer også] infrarød kommunikation og registrering af infrarøde objekter og for CMOS -sensoren, kameraet registrerer ... der er en fotoafbryder i hans mund, så når vi putter noget i munden ... det er uigennemsigtigt [for infrarødt lys] kan Pleo fornemme, at det er der. Denne processor styrer også de to berøringssensorer, der er lige der under hagen og oven på hovedet. Pleos hoved Pleos lidt overdimensionerede hoved er ikke kun af hensyn til udseendet. Ud over alle de sensorer og processorkraft, der er gemt der, hovedet indeholder en motor og en gearkasse til at styre hans øjne og mund.

Andre processorer hjælper med at gøre alt dette input til bevægelse. Sosoka forklarer:

Der er fire små, 8-bit mikroprocessorer, og dem ... bruges til at styre motorerne. Så de tager bevægelsesbeskrivelsen på højt niveau, lidt som et vektorformat til bevægelse, og derefter gengiver de det til den faktiske bevægelse, som Pleo har. De gør det ved hjælp af et servomotorsystem ... de laver et par andre husholdningsopgaver, men de kører primært de 14 motorer.

Pleos sidste mikroprocessor, en anden ARM7 23-bit processor, styrer Pleos forbindelser til computerdata fra omverdenen. "Det håndterer SD -kortet, den håndterer USB, det administrerer flashdata, "Sosoka siger. Denne processor fungerer også som Pleos overordnede hjerne." Den klarer at tale til hovedet, taler til motorstyringen, det omhandler slags alt det andet, der foregår derinde. Det er her, Pleos personlighed og adfærd eksisterer. "

På den næste side, vi ser på, hvordan Pleos krop udfører disse instruktioner, og vi vil undersøge nogle af de udfordringer, som udviklingsteamet opdagede, da de arbejdede med Pleos fysiske struktur.

Pleo's Motors, Haler og rygsøjler

Ligesom de fleste forbrugerrobotter, Pleo kører på batterier. Disse nikkelmetalhydrid (NiMH) batterier er ufleksible, og de fylder meget, så de skal gå i den største del af Pleos krop - hans underliv. Dette gjorde realistisk bevægelse til en udfordring. Sosoka forklarer:

Når du går bag din hund, de laver sådan en S-kurve. De svajer frem og tilbage, og det er virkelig overbevisende at kunne bevæge sig sådan. Når du sætter en pivot lige i midten [af en robot], du mister dette vidunderlige store rum, hvor du kunne placere alle dine brædder, dine batterier og alt.

Resultatet var en aftagelig batteripakke, der ikke forstyrrede drejen midt på Pleos ryg. Batteripakken bruger nikkelmetalhydrid (NiMH) batterier og har en opladningstid på fire timer for en times batterilevetid.

En anden udfordring var Pleos hale, hvilket er centralt for fremkomsten af følelser. Tricket var at gøre halen bevægelig, mens den blev robust. Sosoka beskriver halens bevægelse:

Så der er stærke ståltråde, som en lille marionet. De styrer halen. [Der er] fire ledninger, og de vandrette modsætter sig hinanden og de lodrette. Du kan gøre hvilken som helst kombination og krølle halen op. Så disse ledninger er ret stærke ... Forestil dig et stykke nylon, der løber ned i alle hvirvlerne. Vi fangede det i begge ender, så det kunne absorbere noget af spændingen.

Motorer flytter disse ledninger som reaktion på instruktioner fra hans processorer. Motorerne bevæger også Pleos hoved, hals og ben. Koblinger og force-feedback sensorer i hans ben hjælper med at beskytte sine komponenter og giver respons på forhindringer, han støder på. "Pleo har koblinger i alle sine motorer, så hvis han lander på fødderne, hans fødder kan give lidt. De overfører ikke alt pres. Disse koblinger tillader også Pleo at vide, at du roder med [hans ben], og så kan han græde eller halte, "Sosoka siger.

Ud af boksen, a Pleo har evnen til at udforske og lære af sit miljø. Men Pleo har også evnen til at blive programmeret og tilpasset. Vi vil se på, hvordan dette fungerer på den næste side.

Håndteres med omhu

Pleos form og hud hjælper også med at gøre ham mere robust. "Mange af karosseripanelerne er buede, og de har den slags flotte kurver med høj radius, og dem har en tendens til at være meget stærkere, når du rammer dem, "siger Sosoka. Pleos hud er også relativt tyk og svampet, så det hjælper med at dæmpe Pleo, hvis han falder.

Tilpasning af Pleo

Pleo leger med et træningsblad. I en fremtidig Pleo -version, folk kan muligvis bruge træningsbladet til at lære Pleo -tricks. Foto høflighed Ugobe

Pleos kunstige intelligens fungerer inden for rammerne af hans operativsystem, Life OS. På grund af mulighederne i Life OS - hvoraf nogle vil blive implementeret i en Pleo -softwareopdatering - har folk mulighed for at ændre måden, Pleo lyder og opfører sig på. Det overordnede mål, ifølge Sosoka, er "at give masser af mennesker mulighed for at implementere deres vision og deres drømme ... en af de ting, vi bruger meget tid på, er bare at finde måder at gøre det let for folk at udtrykke deres idé om, hvordan et væsen som Pleo skal handle eller skabe deres egne oplevelser omkring det. "

Grundtanken er, at pædagoger, kunstnere og hobbyfolk kunne tilpasse Pleo ved hjælp af en digital hukommelsesenhed kendt som et SD -kort. Med et SD -kort og en kortlæser, du kunne oprette programmer og lyde og overføre dem fra en computer til en Pleo. Sosoka siger:

Pleo har masser af lyde, som han kan producere som reaktion på forskellige aktiviteter ... Det er lydkommandoer, der kan blive til mange forskellige lyde. [Disse kommandoer har] id'er, og så en af de ting, vi gør, er, at vi lader dig bare optage en WAV -fil på din computer og kalde den den rigtige ting ... [og gemme den som] den rigtige slags fil. Og så hvis du lægger den fil på et SD -kort, og du tilslutter den til Pleo, din Pleo vil opføre sig, som den gjorde før, bortset fra at når du normalt [ville] høre Pleos originale lyd, Pleo afspiller uanset hvilken WAV -fil der er. Så når Pleo gør sit (får dinosaur til at lyde) for at få din opmærksomhed eller prøve at få dig til at fodre ham eller noget, du kan optage noget helt andet ... [hvad end du] ville gøre. "Jeg vil have en burger, "eller" skaff mig en croissant. "

En anden kommende tilpasningsmetode til Pleo indebærer at skrive et simpelt computerprogram og gemme det på et SD -kort. Brug af Pawn -scriptsproget, hvilket er som en enklere version af C -programmeringssproget, mennesker vil være i stand til at oprette deres egne Pleo -kontroller. Disse evner vil være en del af Pleo -udviklerens kit (PDK).

Mange af disse evner kommer som firmwareopgraderinger til eksisterende Pleos. Brugere vil kunne downloade opgraderingerne fra Pleo -webstedet og overføre dem til deres Pleo ved hjælp af en USB -forbindelse. Disse opgraderinger overføres direkte til Pleos hukommelse, men brugerændringer, som nye programmer og lyde, vil blive spillet fra SD -kort.

Disse er alle en del af fremtiden for Pleo - og fremtiden for Ugobe. Virksomheden har ikke afsløret sit næste robotprojekt, men ifølge Sosoka, "Det vil være meget anderledes end Pleo ... Pleo har et stort rum, som vi kan udforske, og slutbrugere kan udforske, og så kan vi lidt lade det rum modnes. Vi gør noget med den næste livsform, der vil være i et helt andet rum. "

Pleo vs Furby

Da Pleo og Furby har nogle lignende elementer og deler en medskaber-Caleb Chung-er det svært at tale om det ene uden at nævne det andet. Pleo er betydeligt mere avanceret end Furby. Furby havde en 8-bit controller-Pleo bruger fire af disse kun til motorstyring.

Masser mere information

relaterede artikler

Sådan fungerer robotter
Sådan fungerer ASIMO
Sådan fungerer FIRST
Sådan fungerer mikroprocessorer
Sådan fungerer fjernbetjeninger
Sådan fungerer iPod
Sådan fungerer digitale kameraer
Sådan fungerer højttalere
Hvordan fungerer mikrofoner, og hvorfor er der så mange forskellige typer?
Hvordan ved berøringsskærme, hvor du rører?

Flere store links

Pleos verden
Ugobe
The Old Robots - forbrugerrobotter fra 1980'erne

Kilder

Pleos verden:Opdag Pleo. http://www.pleoworld.com/discover
Sosoka, John. Personligt interview. Udført 03/10/2007.
Stemmerman, Julia. Personlig kommunikation. 10/12/2007.

Specielt tak

tak skal du have til John Sosoka , teknisk chef i Ugobe, og Julia Stemerman af SHIFT Communications for deres uvurderlige hjælp til denne artikel.

Sidste artikelSådan fungerer Nanowires

Næste artikelHvad hvis Alaska -rørledningen sprængte?