Tại sao nó rất khó đi?

Ít nhất, trên hai chân. Asimo , một trong những robot hình người nổi tiếng nhất, đã có khả năng đi bộ, mặc dù nó dường như không làm điều này rất ổn định. Và nó là một kết quả gần đây.

Theo tôi biết, đôi chân về cơ bản là các hệ phi tuyến nhiều chiều, lý thuyết về sự kiểm soát của chúng nằm ở đâu đó trong biên giới của "rất cứng" và "không thể".

Nhưng, ví dụ, máy bay cũng tương tự nhiều chiều và phi tuyến tính, mặc dù vậy, autopilots đang điều khiển chúng đủ tốt trong vài thập kỷ trước. Họ đủ tin tưởng để tâm sự cuộc sống của hàng trăm người sống với họ.

Sự khác biệt cơ bản là gì, điều gì làm cho việc đi bộ trở nên khó khăn, trong khi điều khiển máy bay rất dễ dàng?

Tôi không chắc chắn rằng tôi đồng ý rằng đi bộ hai chân khó hơn nhiều so với điều khiển máy bay. Nó phụ thuộc vào cách bạn nhìn vào nó.

Nhiều robot có thể đi bộ (đi bộ hai chân) và nhiều máy bay rất khó điều khiển vì đặc điểm bay của chúng hoặc điều kiện bay. Nó dễ dàng hơn cho robot đi bộ trong điều kiện tốt đẹp. Có nhiều điều kiện thời tiết quá khó khăn để nhiều máy bay không thể điều khiển được. Thỉnh thoảng, một số máy bay có hàng trăm người gặp nạn vì điều này.

Nhưng hãy tập trung vào những gì làm cho sự vận động hai chân trong robot trở nên khó khăn và tại sao robot đi bộ không ở trong nhà của mọi người vì tôi nghĩ đó là câu hỏi thực sự của bạn.

Đi bộ đòi hỏi sự hiểu biết và phản ứng với cách môi trường và trọng lực sẽ tác dụng lực và di chuyển cơ thể của bạn. Hầu hết các robot đi bộ đều đo hướng của tất cả các bộ phận của chúng và có cảm biến quán tính (như tai trong của bạn) cho chúng biết chúng được định hướng bằng trọng lực như thế nào và do đó chúng có thể dự đoán (và kiểm soát) ảnh hưởng của trọng lực lên chuyển động của chúng.

Hiểu làm thế nào môi trường sẽ áp dụng lực lượng cho bạn là khó khăn hơn. Đi bộ trên một bề mặt cứng, mịn rất dễ dàng bởi vì bạn có thể đưa ra các giả định về sự tiếp xúc giữa bàn chân và sàn nhà, và ma sát giữa chúng là gì. Nhiều robot đi bộ sẽ có cảm biến lực-mô-men xoắn ở mắt cá chân để giúp đo các tiếp điểm này. Một số sẽ có cảm biến tiếp xúc ở lòng bàn chân.

Nếu bạn cố gắng đi trên một bề mặt không đều hoặc không ổn định, nó sẽ trở nên khó khăn hơn rất nhiều. Bạn không còn có thể đưa ra các giả định, mà thay vào đó phải ước tính trong thời gian thực ma sát của tiếp xúc là gì. Điều này rất khó thực hiện nếu không có cảm biến phù hợp và nếu robot được thiết kế với một loạt các giả định về môi trường đi bộ trong tâm trí, nó sẽ có một thời gian khó khăn trong một môi trường khác. Nếu bạn ước tính sai ma sát và hỗ trợ chân, robot sẽ trượt và ngã.

Đó là sự tiếp xúc chân ... nhưng tất nhiên, khi chúng ta điều hướng qua một môi trường mà chúng ta sử dụng đôi tay của mình để ổn định, chúng ta có thể tạm thời chống lại thứ gì đó, và chúng ta va vào mọi thứ và hồi phục từ đó. Nếu bạn nhìn vào nghiên cứu đang được thực hiện trong robot hình người, bạn sẽ thấy rằng các dự án khác nhau đã điều tra (và ở một mức độ nào đó, đã giải quyết) tất cả những vấn đề này.

Bây giờ hãy nghĩ về những điều khiến việc đi bộ của bạn thất bại. Một đôi môi nhỏ mà bạn không nhìn thấy ở ô cửa sẽ vấp phải bạn. Một bước có chiều cao khác với những người khác có thể khiến bạn vấp ngã. Một bề mặt bạn đang đứng trên đó sụp đổ sẽ khiến bạn mất thăng bằng. Một robot đi bộ tốt sẽ phải nhận thức và kiểm soát tất cả những điều này. Vì vậy, chúng ta không chỉ cần kiểm soát việc đi bộ và kiểm soát phục hồi ngoại lệ, mà còn nhận thức tốt về các mô hình môi trường và môi trường để dự đoán nơi chúng ta cần thay đổi kiểm soát sang một cách tiếp cận khác phù hợp hơn.

Vấn đề trở nên rất phức tạp. Đây không phải là vấn đề kiểm soát, đó là một hệ thống tổng thể về nhận thức, lập kế hoạch, phản xạ và kiểm soát cần được thiết kế. Mỗi năm chúng ta đạt được tiến bộ, nhưng cần có nhiều tiến bộ hơn trong việc tạo ra một hệ thống với tất cả các cảm biến, phản ứng tổng hợp cảm biến, xử lý và truyền động cần thiết cho sự vận động hai chân tốt trong môi trường của con người.

Tại sao nó rất khó đi? Nếu tôi phải chọn một, tôi sẽ nói rằng nhận thức là lĩnh vực cần nhiều công việc nhất, hơn là kiểm soát.

Đầu tiên, bạn phải tính đến tất cả các biểu tượng mạnh mẽ: $

Nghiên cứu luôn mâu thuẫn với $ và nổi tiếng là rất khó để có được tất cả kinh phí bạn muốn. Trong khi đó, ngành công nghiệp máy bay đang thu được lợi nhuận 33 đô la Bbb-billllllion trong năm 2016. Đó là rất nhiều tiền để làm việc, và rất nhiều lý do để cung cấp cho những người có thể tạo ra các hệ thống tự động cho các tình huống xấu nhất như mất khả năng thí điểm, Vân vân.

Cũng có thời gian. Nhiều năm nữa và mọi người đã dành thời gian làm việc trên máy bay và hoàn thiện mục tiêu duy nhất của họ là khiến mọi người di chuyển trên bầu trời.

Về mặt học thuật, đó là một vấn đề khác. Máy bay, như đã lưu ý, đã là một lĩnh vực phát triển liên tục cho (liên quan đến máy đi bộ) trong một thời gian rất dài. Tất cả mọi thứ, từ thiết bị hạ cánh đến kiểm soát lực đẩy đến thao tác máy bay đều được cải tiến rộng rãi và cải tiến theo mô-đun; do đó, đây không phải là quy trình 'từ đầu' để tự động hóa các quy trình này.

Đi bộ, tuy nhiên, có lẽ là một nhiệm vụ phức tạp hơn. Thứ nhất, có sự cân bằng. Cơ thể con người mất hàng triệu năm để chế tạo, và chúng ta có tất cả các cơ chế phù hợp dưới da để xoay mắt cá chân theo cách này hay cách khác, v.v. Tái tạo các cơ học này là đủ khó, nhưng dạy cho robot (theo thời gian thích hợp ) hiểu và phản ứng với sự cân bằng là khó. Sau đó, chúng tôi thêm vào vấn đề địa hình. Đi bộ lên một vài bậc thang hoặc một ngọn đồi đá, việc giữ thăng bằng cho bản thân trở nên khó khăn hơn rất nhiều. Và trong khi đi bộ, bạn nhấc một chân lên, để bản thân rơi về phía trước một vài inch, rồi tự mình nắm lấy, ngay lập tức giữ thăng bằng, nắm lấy một chỗ đứng và nâng chân kia lên.

Điều đó đang được nói, tôi nghĩ rằng bạn có thể đang thiếu một vài tiến bộ tuyệt vời trong lĩnh vực đi bộ robot và bạn có thể bị hấp dẫn bởi video NÀY Boston Dynamics.

Một vài phút sau, và bạn chắc chắn sẽ thấy quy mô của kỳ công cơ khí và công nghệ này.

Một robot hai chân về cơ bản là không ổn định - một cú gõ nhẹ sẽ khiến nó rơi xuống.

Một chiếc máy bay thương mại về cơ bản là ổn định - một cơn gió nhỏ có thể di chuyển nó đi, nhưng nó sẽ tiếp tục bay đúng cách và không chỉ đơn giản là rơi khỏi bầu trời.

Mặc dù máy bay có độ ổn định thoải mái vẫn tồn tại, nhưng để ổn định thoải mái, chỉ gần đây chúng mới có thể được điều khiển bằng hệ thống điều khiển tự động khá phức tạp, và thậm chí sau đó chúng không có gì bất ổn như robot hai chân.

Đi bộ năng động

Lý do tại sao đi bộ hai chân khó khăn hơn là bởi vì mô phỏng vật lý giống như thật như box2d, havok v.v ... là một khái niệm mới tương đối trong thuyết sử dụng máy tính. Trò chơi được biết đến rộng rãi đầu tiên sử dụng động cơ vật lý là Angry Birds (2009). Sau đó đến trình giả lập QWOP và những người khác.

Nghiên cứu đầu tiên được thực hiện trên MIT Lab dưới thời Marc Raibert. Anh ta không chỉ chế tạo robot một chân mà còn tạo ra một máy tính hóa đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của SIGGRAPH 1991. Sau đó, Boston Dynamics cũng lần đầu tiên phát triển một mô phỏng vật lý bên trong thuật toán mới đã được thử nghiệm. Công cụ trò chơi đầu tiên dành cho thị trường tiêu dùng hỗ trợ nhân vật đi bộ là NaturalMotion Euphoria được lập trình vào khoảng năm 2000. Thời gian trước đó, phần mềm máy tính không đủ nhanh để mô phỏng vật lý trong thời gian thực. Một bộ điều khiển hai chân trên đầu động cơ vật lý chỉ có thể được phát minh nếu mô phỏng hoạt động nhanh hợp lý.

Autopilots trong máy bay

Điều đó chỉ đơn giản là sai khi máy bay tự động cho máy bay tồn tại hoặc chúng có khả năng hạ cánh một chiếc Boeing A380. Ngay cả các máy bay không người lái quân sự hiện tại như X-47B cũng cần một máy bay hạ cánh ( Bài học rút ra trong quá trình thử nghiệm phát triển của máy bay x-47b, trang 21 "Các nhà điều hành nhiệm vụ làm việc trực tiếp với các lập trình viên để phát triển / xác nhận kế hoạch"). Chỉ trong vũ trụ hơi nước, máy bay tự trị có sẵn và hoạt động tốt.