Implementering af kick-kontrol på simulerede robotter med hjul i den virkelige verden

Et team af forskere ved Babes-Bolyai University, i Rumænien, og Goethe-universitetet i Frankfurt har for nylig samarbejdet om en undersøgelse, der udforsker implementeringer af kick-kontrol på både simulerede og virkelige hjul-robotter. Udtrykket 'sparkkontrol' refererer til korte, højere ordens kommandoer, der kan bruges til at 'sparke' et system fra en selvorganiseret attraktor ind i tiltrækningsbassinet for en anden attraktor.

"Når vi flytter, reagerer vores muskler bare på de signaler hjernen sender, eller tager de også hensyn til leddenes tilstand, af senerne og af selve musklerne?" spurgte Claudius Gros, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen. "Man taler om 'legemeliggjort bevægelse', ' hvis sidstnævnte er tilfældet. Vores forskning er dedikeret til at undersøge, hvordan legemliggørelse hjælper dyr og robotter med at navigere i verden."

I naturen, selv dyr med simple nervesystemer kan navigere i en række komplekse miljøer. For at bevæge sig rundt i både kendte og ukendte miljøer, robotter bør have lignende sansemotoriske færdigheder. Indtil nu, imidlertid, videnskabsmænd og ingeniører verden over har kæmpet for at designe robotter med motoriske egenskaber, der ligner menneskers og dyrs.

"At koordinere et stort antal aktuatorer i et konstant skiftende miljø er bestemt en udfordrende opgave, " Bulcsú Sándor, en anden forsker involveret i undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Så hvorfor lader vi ikke robottens krop gøre det hårde arbejde, ved at overtage en væsentlig del af beregningen? Efter denne idé, vi foreslår et alternativt kontrolskema, hvor bevægelsesmønstre genereres på en selvorganiseret måde. Inden for denne ramme, bevægelse skabes via en dynamisk interaktion mellem hjernen og robottens krop, og miljøet."

Sándor, Gros og deres kolleger udtænkte en controllerramme, hvor bevægelser ikke er stift defineret, men er snarere beskrevet af et sæt ligninger til styring af aktuatorer, der dynamisk ændrer sig, inkorporerer kroppens proprio-sensoriske informationer. De testede og forfinede derefter disse ligninger i LPZRobots simuleringsmiljø.

"På grund af robottens interaktion med dens omgivelser, flere selvorganiserede bevægelsesmønstre kan skabes, ", sagde Sándor. "Dette giver os mulighed for at skifte mellem disse adfærdsmæssige primitiver ved hjælp af et veldefineret kick-lignende kontrolsignal. Det er det, vi kalder "sparkkontrol". Endelig, som et bevis på konceptet, vi implementerede denne idé på robotter på hjul."

At koordinere sammentrækningen af ​​de mange muskler i kroppen er en meget udfordrende opgave, som er medfødt erhvervet af de fleste mennesker og dyr. I deres undersøgelse, Sándor, Gros og deres kolleger forsøgte at udtænke en lettere metode til at indgyde motoriske færdigheder til robotter.

"Ville det ikke være meget nemmere, hvis hjernen bare ville give et kort kicksignal, og kroppen på enten et dyr eller robot ville udføre en velkoordineret bevægelse af sig selv?" sagde Gros. "Dette er nøgleideen bag kick control. Det kan realiseres, som vi opdagede, når robotten råder over selvorganiserede aktuatorer."

Forskerne evaluerede deres rammer på både simulerede og virkelige hjulrobotter, genererer dynamikken i forskellige hjul uafhængigt via lokale feedback-sløjfer. Disse feedback-løkker medieres af hastighedskodende neuroner, som behandler propriosensoriske input, der beskriver den faktiske rotationsvinkel for hvert hjul. Efterfølgende en simuleret transmissionsstang, der ligner dem, der bruges i damplokomotiver, omsætter ændringer i neural aktivitet til en rotationsbevægelse.

"Vi demonstrerer, hvordan selvorganiserede bevægelsesmønstre kan bruges til at generere kropslig bevægelse, ", sagde Sándor. "Brug af denne kontrolordning kan hjælpe med at forenkle komplekse beregninger, der skal udføres for at fuldføre forskellige bevægelsesopgaver. At kombinere det med andre metoder kan føre til kraftfulde værktøjer til at generere kompleks robotadfærd. Vores rammer kan også bidrage til forståelsen af ​​dyrs og menneskers bevægelse."

Undersøgelsen udført af Sándor, Gros og deres kolleger kunne føre til en ny teknik til effektivt at kontrollere robotters bevægelser. Den vigtigste praktiske fordel ved deres ramme er, at den tildeler en del af beregningsbelastningen til robottens krop. Deres model kunne også bruges til at undervise i dynamiske systemer i gymnasiets fysikkurser, da det giver mulighed for interaktive og engagerende demonstrationer.

Forskerne planlægger nu at teste deres algoritmer på mere komplekse robotarkitekturer, inkorporerer forskellige sansemodaliteter i deres ligninger. For eksempel, de kunne anvende kick control til en hierarkisk organisation af controllere, hvor visuel information udløser en bestemt bevægelsestilstand.

"Vi arbejder i øjeblikket på at generalisere vores principper til robotter med ben, især hexapoder, og vores første resultater er lovende, " sagde Gros. "Vi undersøger også aktiveringen af ​​sparkkontrol ved hjælp af sensorisk information."

© 2019 Science X Network