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美国密歇根大学:新算法可使机器人顺利通过瓦砾

2021-11-24 11:15 性质:转载 作者:DDing
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在超市或商场光滑的地板上滚动以引导购物者找到合适的货架,或在平坦的人行道上运送比萨饼,对今天的机器人来说是不复杂的任务,而且我们肯定会在未来几年中看到...

在超市或商场光滑的地板上滚动以引导购物者找到合适的货架,或在平坦的人行道上运送比萨饼,对今天的机器人来说是不复杂的任务,而且我们肯定会在未来几年中看到更多的机器人从事这两项工作。但是,在饱受战争蹂躏的地区穿行,或者在遭受地震袭击的城市中翻越瓦砾寻找幸存者,这些可以说是更重要的工作,超出了今天的自动装置的能力,这实在是太复杂了。

对于被部署到灾区的机器人,它们将需要能够穿越粗糙的地形。

美国密歇根大学机器人研究所(the University of Michigan’s Robotics Institute)电气和计算机工程教授德米特里-贝伦森(Dmitry Berenson)说:"已经有大量关于机器人的工作,这些机器人只使用它们的脚,几乎只在平地上行走,"但很少有关于多肢的工作--同时使用三个或四个肢体,主要是因为选择范围太大。"

但现在Berenson和他的同事们创造了一种新的寻路算法,削减了这种选择范围,使机器人能够以比以前更高的效率攀爬瓦砾。

与我们的机械替代品相比,人类在处理残骸和瓦砾方面做得很好。但Berenson并没有转向血肉之躯来创造他的机器人寻路算法。他说:"人类真的不善于解释他们的决定。你看到他们会做什么,但不知道为什么。而且,机器人需要缓慢移动以保持稳定,而人类,通常被证明是更有活力的。我们可以捆绑、弹跳、弹跳,并跳过缝隙。”

相反,Berenson让一个虚拟机器人教自己。他生成了大量的随机环境,并让他的数字机器人穿过这些环境。从这种经验中,机器人学会了哪些脚和手的组合和位置在大量不同的情况下起作用。Berenson说:"对于一个看起来像X的环境,我们可以计算出一定数量的脚步是有效的。这被用来训练一个神经网络--它将接受一条新的路径,并确定它的可穿越程度。"

由于美国密歇根大学机器人研究所的新算法,仅仅是一堆瓦砾将不再阻止机器人到达有需要的人地方。图片来自美国密歇根大学

Berenson最终得出的算法有两个基本要素。一个是看大局,取决于可能由无人机创建的地图。另一个则着眼于一小段困难地形的具体细节。"我们的想法是,你不会只想提前几步计划,特别是在灾难环境中。你可能会遇到一个死胡同,不得不掉头回去。"Berenson说。因此,该算法沿着整个路径寻找。在可穿越性简单的地方,机器人只用它的脚行走。在路径变得更复杂的地方,它转而采用一种方法,将其经验与它以前遇到的情况进行比较,并使用三或四肢来面对它们。

尽管该算法是用一个虚拟的双足人形机器人创建的,但它在现实世界中是在一个有轮子和几个手臂的更多车辆机器人上测试的。Berenson:"编写一个更通用的算法的好处之一是,你可以把机器人换掉。"使用同样的算法,这个有轮子的机器人能够成功地沿着一个倾斜的表面滑行,用它的手臂支撑着挂在墙上的一个破碎的框架。

就目前而言,该算法已准备好帮助机器人进行搜索和救援,但它可以在未来进行改进。目前,它并不考虑它所检查的飞机的质地是否可穿越。它也不对它可能踩到或压到的任何表面的稳定性或晃动性作出任何猜测。

Berenson说:"这些是非常困难的感知问题。另一种看待它们的方式是有一些估计,来自一些感知方法,但永远不会完全相信它。因此,当你走到实际步骤时,也许你会对它进行一些探测。这将是一个伟大的事情,可以添加到这个方法中。"

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