四足機器人并不罕見,現如今被廣泛應用在農業、救援、探索以及一些高危環境中,但這些環境中變化特別大,極有可能遇到突發情況比如濃煙,地形崎嶇等,使四足機器人行動受限。
為了解決這樣的問題,一款可以在各種非典型環境中實現穩健的“盲目運動”的四足機器人誕生了。據悉,這款機器人將會在5月29日在倫敦舉行的機器人與自動化國際會議(ICRA)上首次與公眾見面。
起初,研究人員們在解決機器人遇到特殊視覺障礙時如何感知這個難題的時候,嘗試研發在低光線下看得清的機器人“眼睛”,受到墨魚的啟發,工程師們制造了一個W形瞳孔并將其連接到一個球形透鏡,并在“眼睛”的內表面添加了柔性偏振材料和一系列圓柱形硅光電二極管,用于將光子轉換為電信號,這種機器人眼睛在光線不足的環境中比目前大多數機器人使用的眼睛效果更好。
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一些頭足類動物(如墨魚)的眼睛具有特殊的瞳孔形狀,被稱為“W型”瞳孔,這種瞳孔形狀看起來類似于一個W,具有兩個凹曲的邊緣,可以通過調整瞳孔的寬度和形狀,魷魚和烏賊可以控制光線的進入角度,這樣的瞳孔形狀可以幫助它們更好地適應海洋環境中的不同光線強度。
實驗中發現,采用這種W型瞳孔的機器人眼睛與其他機器人眼睛相比,新設計能在測試照片上檢測到更多細節,并且將昏暗物體的輪廓轉換比普通機器人的眼睛更準確,它可以更好地處理弱光或黑暗條件,也能更好地處理盲點。
但好的攝像頭并不能滿足機器人在極端環境下的工況,如果遇到傳感器失靈等問題,機器人在工作環境中將變成一坨廢鐵,于是科研人員們繼續探究一種新技術,使機器人可以在視覺確認受阻的災難性情況或者在沒有視覺或觸覺傳感器幫助的情況下,仍然可以在不平整的環境中移動。
韓國的一個研究團隊開發了一個名為DreamWaQ的技術,它可以使機器人在沒有視覺幫助的情況下也能四處走動,就像一個人晚上摸黑去洗手間時的行走狀態一樣,因此取名為DreamWaQ,只需將這項技術安裝在任何有腿機器人的頂部,更多的機器人將變成DreamWaQer。
據研究人員透露,該控制器是基于機器深度學習而開發的,控制器可以通過從模擬器中提供的各種環境數據,快速計算出適合步行機器人每個電機的控制命令,它與現有的從模擬中學習的控制器最大的不同之處是,新的控制器可以直接應用于各種可以步行的機器人,而無需單獨為某一機器人重新編程,減少了針對性調試的過程。
DreamWaQ控制器主要由兩部分網絡結構組成,分別是負責估計地面和機器人信息的預估網絡和負責計算控制命令的策略網絡,預估網絡通過使用慣性信息和關節信息估計地面信息,并對機器人目前的狀態進行評估,然后將這些信息被傳遞給策略網絡,用于生成最佳的控制命令,在模擬的過程中,兩個網絡會同時地進行深度學習,以至于在之后遇到相同情況下可以迅速做出反應。
在支持GPU的PC中,整個學習過程只需要大約一個小時,機器人僅使用機器人內部的慣性傳感器(IMU)和關節角度的測量,通過匹配模擬學習中類似的環境進行移動。如果它突然遇到偏移的情況,比如遇到了樓梯,它只能在腳碰到臺階后才知道,但會在腳接觸到地面的那一刻迅速繪制出地形信息,然后將適合估計的地形信息的控制命令傳輸到每個電機,從而能夠快速適應步行。
目前,這款機器人已經不僅停留在實驗室層面,它更多被帶到室外環境下進行實驗,接下來將會測試該機器人在路面崎嶇的環境下變速行駛,并測試實驗室中的不依賴傳感器的理論在自然環境下的工作情況,為新一代的更具探索能力的機器人做充分的技術儲備。