За последний год гуманоидные роботы оказались в центре внимания, и компании выстраивались в очередь, чтобы выпустить собственные гуманоидные продукты. Большинство из них имеют типичную гуманоидную внешность, используя руки и когти для захвата предметов и твердые ноги в качестве способа передвижения.
Однако недавно японский научно-исследовательский институт Toyota (TRI) представил нового робота по имени Пуньо и выразил надежду, что Пуньо станет толчком к развитию человекоподобных роботов.
Пуньо является новатором в концепции дизайна и методах работы роботов. У него нет ног, и до сих пор команда TRI работала над туловищем робота и развивала навыки манипуляции.
Концепция дизайна: служение повседневной жизни человека
Традиционные промышленные роботы в основном используются в цеховых операциях, сборке и других задачах для повышения эффективности производства и снижения трудоемкости. В будущем сервисные роботы могут войти в большее количество домов, непосредственно сталкиваясь и обслуживая ежедневные потребности обычных людей.
Исследователи TRI заявили, что цель Пуньо — стать роботом, который «помогает людям выполнять повседневные задачи дома и в других местах».
Эта концепция дизайна определяет, что Punyo должен быть гибким, мягким и безопасным. Потому что для того, чтобы войти в сложную и изменчивую домашнюю среду, не может быть жесткой и твердой механической руки, как у традиционного промышленного робота. В противном случае это даст людям чувство опасности и сделает невозможным выполнение различных повседневных задач по эксплуатации предметов. Это несколько похоже на идею дизайна робота Pepper от SoftBank, которая фокусируется на том, как сделать роботов более интегрированными в жизнь человека.
Приложения, ориентированные на обслуживание, также требуют от Пуньо изучения различных ежедневных навыков, а не просто выполнения одной операции на заводской сборочной линии. Это требует предоставления роботам сильных возможностей обучения и освоения методов работы различных ежедневных задач путем наблюдения и имитации человеческих демонстраций.
Для гуманоидных роботов манипуляция с использованием всего тела является сложной, поскольку равновесие является проблемой. Однако исследователи TRI спроектировали своего робота именно для этого.
«Punyo делает вещи по-другому. Используя все свое тело, он может переносить гораздо больше, чем просто надавливание вытянутой рукой», — добавил Эндрю Болье, один из технических руководителей TRI по манипуляциям с полным телом. «Мягкость, тактильная чувствительность и способность к многочисленным контактам облегчают лучшую манипуляцию объектами».
Мягкое и твердое тело
Чтобы добиться гибкой и мягкой конструкции робота, TRI приняла конструкцию механической руки, которая сочетает в себе твердое и мягкое. Руки, предплечья и грудь Пуньо покрыты податливыми материалами и тактильными датчиками, которые оба распознают внешний контакт, а мягкие материалы позволяют телу робота соответствовать объектам, которыми он манипулирует.
Это типичная конструктивная идея для многих современных мягких роботов.
В то же время, под мягкой оболочкой, Пуньо также сохраняет две «жесткие» механические руки в качестве скелетных опор, а также раму туловища и привод талии для обеспечения механической поддержки и точного управления. Это сочетание жесткой и мягкой конструкции объединяет механические преимущества традиционных роботов с мягкими характеристиками мягких роботов.
В частности, подушки безопасности на руках Пуньо могут регулировать внутреннее давление, чтобы стать жестче или мягче по мере необходимости. Гарантируя определенную механическую жесткость, они также обеспечивают около 5 см податливости. «Коготь» также использует конструкцию подушки безопасности из латекса с высоким коэффициентом трения. Камера на ладони может определять размер внешней силы, наблюдая за деформацией поверхности подушки безопасности. Вся рука может сгибаться и вращаться, а подушки безопасности соединены друг с другом, что позволяет плавно передавать усилие и не дает роботу «сломать руку».
Высокая способность к обучению
Чтобы адаптироваться к меняющимся задачам в домашней обстановке, Пуньо должен обладать сильными способностями к обучению.
По словам команды TRI, Пуньо изучил политику, богатую контактами, используя два метода: стратегию диффузии и обучение с подкреплением на основе примеров. TRI объявил о своем подходе к политике распространения в прошлом году. При таком подходе роботы используют человеческие демонстрации для изучения надежных сенсомоторных стратегий для сложных для моделирования задач.
Обучение с подкреплением на основе примеров — это подход, который требует моделирования задачи в симуляции и руководства исследованием робота с помощью небольшого набора демонстраций. TRI заявляет, что использует это обучение для внедрения надежных рабочих стратегий для задач, которые можно смоделировать в симуляциях.
Когда робот видит эти задачи, он может изучать их более эффективно. Это также дает команде TRI больше возможностей влиять на стиль движения, который робот использует для выполнения своих задач.
Команда использовала состязательные априорные движения (AMP), традиционно применяемые для стилизации персонажей компьютерной анимации, чтобы включить имитацию человеческих движений в свой конвейер подкрепления.
Обучение с подкреплением требует, чтобы команды моделировали задачи в симуляциях для обучения. Для этого TRI использует планировщик на основе модели для демонстраций, а не для удаленных операций. Он называет этот процесс «обучение с подкреплением, направляемое планом».
TRI утверждает, что использование планировщика может сделать возможными дальние миссии, которые трудно выполнять удаленно. Команда также может автоматически генерировать любое количество демонстраций, снижая зависимость своего конвейера от человеческого ввода, что приближает TRI к увеличению количества задач, которые может выполнить Punyo.
Хотя программный сервисный робот Punyo все еще находится на начальной стадии развития и его производительность во всех аспектах нуждается в улучшении, перспективы его применения широки, а концепция дизайна и технический подход Punyo также открывают новые идеи для отрасли.