Robot mestrer menneskelig balancegang

Når man går et overfyldt sted, mennesker tænker typisk ikke på, hvordan vi undgår at støde ind i hinanden. Vi er bygget til at bruge en række komplekse færdighedssæt, der kræves for at udføre disse typer tilsyneladende simple bevægelser.

Nu, takket være forskere fra Cockrell School of Engineering ved University of Texas i Austin, robotter kan snart opleve lignende funktionalitet. Luis Sentis, lektor ved Institut for Luftfartsteknik og Mekanik, og hans team i Human Centered Robotics Laboratory har med succes demonstreret en ny tilgang til menneskelignende balance i en tobenet robot.

Deres tilgang har konsekvenser for robotter, der bruges i alt fra nødberedskab til forsvar til underholdning. Holdet vil præsentere deres arbejde i denne uge på 2018 International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS2018), flagskibskonferencen inden for robotteknologi.

Ved at oversætte en vigtig menneskelig fysisk dynamisk færdighed - at opretholde balance i hele kroppen - til en matematisk ligning, holdet var i stand til at bruge den numeriske formel til at programmere deres robot Mercury, som blev bygget og testet i løbet af seks år. De beregnede den fejlmargin, der var nødvendig for, at en gennemsnitlig person kunne miste balancen og falde, når han gik, for at være en simpel figur - 2 centimeter.

"I bund og grund, vi har udviklet en teknik til at lære autonome robotter at bevare balancen, selv når de bliver ramt uventet, eller en kraft påføres uden advarsel, " sagde Sentis. "Dette er en særlig værdifuld færdighed, som vi som mennesker ofte bruger, når vi navigerer gennem store menneskemængder."

Sentis sagde, at deres teknik har haft succes med dynamisk balancering af begge tobenede uden ankelkontrol og fuld humanoide robotter.

Dynamisk menneske-krop-lignende bevægelse er langt sværere at opnå for en robot uden ankelkontrol end for en udstyret med aktiverede, eller sammenføjet, fødder. Så, UT Austin-teamet brugte en effektiv helkropscontroller udviklet ved at integrere kontakt-konsistente rotatorer (eller drejningsmomenter), der effektivt kan sende og modtage data for at informere robotten om det bedst mulige skridt, der skal foretages næste som reaktion på en kollision. De anvendte også en matematisk teknik - ofte brugt i 3D-animation for at opnå realistisk udseende bevægelser fra animerede figurer - kendt som invers kinematik, sammen med motorpositionsregulatorer på lavt niveau.

Mercury kan være blevet skræddersyet til dets skaberes specifikke behov, men de grundlæggende ligninger, der understøtter denne teknik i vores forståelse af menneskelig bevægelse, er, i teorien, universelt anvendelig til enhver sammenlignelig indlejret kunstig intelligens (AI) og robotteknologi.

Som alle de robotter, der er udviklet i Sentis' laboratorium, tobenet er antropomorf - designet til at efterligne menneskers bevægelser og karakteristika.

"Vi vælger at efterligne menneskelig bevægelse og fysisk form i vores laboratorium, fordi jeg tror, ​​at AI designet til at ligne mennesker giver teknologien større fortrolighed, " sagde Sentis. "Dette, på tur, vil gøre os mere komfortable med robotadfærd, og jo mere vi kan relatere, jo lettere vil det være at erkende, hvor meget potentiale AI har til at forbedre vores liv."

Forskningen blev finansieret af Office of Naval Research og UT, i partnerskab med Apptronik Systems, en virksomhed, som Sentis er medstifter af.