Системата TWIST: Технологията за заснемане на движение (MoCap) революционизира управлението на хуманоидни роботи – Изображение: Xpert.Digital
Телеуправляема система за имитация на цялото тяло: Взаимодействието човек-робот в реално време ще промени роботиката
Човешки движения за роботи: Потенциалът на системата TWIST
Учените постигнаха значителен пробив в разработването на системи за телеоперация за хуманоидни роботи. Чрез използване на технология за заснемане на движение, хуманоидните роботи вече могат да извършват движения, подобни на човешките, в реално време. Тази иновация позволява прецизен и интуитивен контрол на роботи, представлявайки важна стъпка към разработването на роботи с цялостна сръчност на тялото. Особено забележителна е новата система TWIST (Телеоперирана система за имитация на цялото тяло), която предава пълните движения на тялото на човек към робот, като по този начин въвежда нова ера на взаимодействие човек-робот.
Свързано с това:
Основите на телеоперацията, базирана на заснемане на движение
Телеоперацията се отнася до дистанционното управление на машини и е от особено значение в областта на роботиката. Телероботичните системи се използват, когато работното пространство е твърде далеч, твърде малко, твърде голямо или твърде опасно за хората. Пространственото разделяне между човек (оператор) и робот (телеоператор) позволява приложения в различни области като минимално инвазивна хирургия, обезвреждане на бомби и космически приложения.
Технологията за заснемане на движение (Motion capture, MoCap) е в основата на съвременните системи за телеоперация. Тази технология позволява подробни записи и симулации на човешкото движение, което позволява дигитализирането на отделни лица или цели групи от хора. Заснетите движения се обработват интелигентно и могат да се използват за анимиране на тела и техните движения.
Как работи технологията за заснемане на движение
Технологията за заснемане на движение прецизно проследява и записва движенията на тялото на реални хора, използвайки специален костюм, оборудван с маркери и оптични системи. Този процес събира данни за движението на всички части на тялото – не само на ръцете, краката и стъпалата, но и на торса, бедрата и главата. След това тези изчерпателни данни се трансформират в команди, които хуманоидните роботи могат да изпълняват с помощта на изкуствен интелект (ИИ).
Системата TWIST: Пробив в телеоперацията на роботи
Системата TWIST, разработена в Станфордския университет и университета Саймън Фрейзър, представлява значителен напредък в телеоперацията на хуманоидни роботи. Тя съчетава технология за заснемане на движение с методи за обучение с подсилване и имитационно обучение.
„Искаме хуманоидите да притежават същото ниво на сръчност на цялото тяло като хората“, обяснява Янджи Дзъ, водещ автор на изследването TWIST. „Представете си разхвърляна кухня. Хората могат да държат неща с две ръце и да използват краката си, за да местят препятствия, като например кошница на пода. Хората могат също така да отварят вратата със страните на тялото си или с лактите си. Искаме хуманоидите да могат да правят същото, като директно имитират хората.“
Техническо внедряване на TWIST
Системата TWIST се състои от три основни компонента:
- Събиране на данни и пренасочване: Чрез офлайн и онлайн пренасочване, човешките движения се адаптират към робота. Това се постига чрез оптимизирано предаване на 3D позиции и ориентации на ставите, като ориентацията на тялото и позицията на краката също се коригират в реално време.
- Обучение на контролери в симулация: TWIST използва двуетапен подход с методология „учител-ученик“:
- Контролерът „Учител“ има привилегирован достъп до бъдещи референтни движения, което му позволява да планира по-плавни движения.
- „Студентският“ контролер се обучава чрез комбинация от обучение с подсилване (RL) и клониране на поведение (BC) и има достъп само до текуща информация за движение.
- Контролер за цялото тяло: Обученият контролер позволява на робота да използва всички степени на свобода, като същевременно поддържа баланс. Това води до по-естествени и човешки движения.
В тестове с хуманоидния робот G1 на Unitree, изследователите установили, че е достатъчно да се уловят движенията на цялото тяло и да се прехвърлят прецизно към ставите на робота, като се гарантира координирането на движенията на различните крайници.
Свързано с това:
Предизвикателства в хуманоидната телеоперация
Разработването на телеоперационни системи за хуманоидни роботи поставя пред изследователите няколко сложни предизвикателства:
Преодоляване на празнината във въплъщението
Ключово предизвикателство е преодоляването на „разликата във въплъщението“ – анатомичните разлики между хората и роботите. Тъй като роботите имат различни пропорции, конфигурации на ставите и физически свойства от хората, директното прехвърляне на човешките движения не е лесно възможно.
Баланс и координация на цялото тяло
Проследяването на цялото тяло на хуманоидите изисква не само прецизен контрол на отделните стави, но и динамично поддържане на баланс по време на сложни движения. Конвенционалните телеоперационни системи често се фокусират само върху изолирани движения, като например придвижване или манипулация, докато TWIST позволява координирани движения на цялото тяло.
Латентност и сензорна обратна връзка
Системите за телеоперация трябва да преодолеят проблеми като латентност (забавяне във времето) и ограничения в сензорната обратна връзка. Тези фактори могат да нарушат синхронизацията на човешките действия с роботизираните реакции.
Разнообразни приложения на телеоперацията чрез заснемане на движение
Телеоперацията, базирана на заснемане на движение, на хуманоидните роботи открива множество възможности за приложение:
Опасни ситуации и спасителни операции
В опасни среди, телеуправляемите роботи могат да се използват вместо хора, например при обезвреждане на взривни вещества (EOD). Между 2015 и 2020 г. само в Обединеното кралство е имало приблизително 2000 EOD операции годишно, което подчертава необходимостта от безопасни алтернативи.
Сложни манипулационни задачи
Хуманоидните роботи могат да изпълняват сложни манипулационни задачи чрез телеоперация, например в неструктурирани среди като кухни или работилници. Способността им да координират използването на цялото си тяло, включително ръце, китки, крака и стъпала, предлага решаващи предимства в този контекст.
Социална роботика и изразителност
За хуманоидните социални роботи способността за извършване на изразителни движения е от съществено значение. Системата OCRA (Оптимизационно-базиран алгоритъм за персонализирано пренасочване), разработена в MPI, позволява картографиране на движението в реално време между различни кинематични вериги, което води до интуитивни и човекоподобни движения.
Алтернативни подходи и сравнение на различни системи
Освен TWIST, съществуват различни други подходи за телеоперация, базирана на заснемане на движение:
Системи, базирани на IMU
Някои изследователи използват системи за заснемане на движение, базирани на IMU (инерционни измервателни устройства), които са преносими и по-евтини от оптичните системи. Тази технология се използва например за телеопериране на локомотивно-манипулационни задачи, които комбинират движение и манипулация.
Подходи, базирани на невронни мрежи
Алтернативен подход използва невронни мрежи, за да научи съответствие между данните от сензорите от костюма за заснемане на движение и ъгловите позиции на задвижващите механизми на робота. Този метод не изисква предварителен аналитичен или математически модел на робота и следователно може да се приложи към различни двойки човек-робот.
Системи за специфични части на тялото
В допълнение към системите за телеоперация на цялото тяло, съществуват и специализирани системи, фокусирани върху специфични части на тялото, като например заснемане на движение с две ръце. Тези системи играят важна роля в прецизното управление на бионични бимануални роботи за деликатни манипулационни задачи.
Свързано с това:
Последен напредък и бъдещи перспективи
Разработването на системи за телеоперация за хуманоидни роботи напредва бързо. В допълнение към TWIST, изследователите наскоро представиха и други иновативни системи:
H2O: от човек до хуманоид
Системата H2O позволява телеоперация в реално време на напълно хуманоиден робот, използвайки само RGB камера. Тя използва RL-базирана рамка и процес „sim-to-data“ за филтриране и избор на подходящи движения за хуманоидни роботи.
Телеоперация, поддържана от AR
Изследователите също така проучват как добавената реалност (AR) може да подпомогне телеоперацията, базирана на заснемане на движение. Чрез визуализиране на виртуална референция на човешката ръка до роботизираната ръка, потребителите могат по-добре да разберат картографирането на движението.
Изкуствен интелект и заснемане на движение: бъдещето на взаимодействието човек-робот
Телеоперацията на хуманоидни роботи, базирана на заснемане на движение, е напреднала значително през последните години. Системи като TWIST представляват значителна крачка напред, като позволяват на роботите да извършват човешки движения с цялото тяло в реално време.
Комбинацията от технология за заснемане на движение и усъвършенствани методи на изкуствен интелект, като например обучение с подсилване и клониране на поведение, открива нови възможности за взаимодействие между човек и робот. Хуманоидните роботи вече могат да извършват не само изолирани движения, но и координирани действия с цялото тяло, което позволява по-голяма сръчност и изразителност.
В бъдеще тези технологии биха могли значително да разширят използването на хуманоидни роботи в опасни среди, за сложни манипулационни задачи и в социални контексти. Непрекъснатото подобряване на прецизността, надеждността и удобството за потребителя на телеоперационните системи ще спомогне за по-нататъшно намаляване на разликата между човешките възможности и роботизираното изпълнение.
Свързано с това:
Вашият глобален партньор по маркетинг и бизнес развитие
☑️ Нашият бизнес език е английски или немски
☑️ НОВО: Кореспонденция на родния ви език!
Konrad Wolfenstein
Аз и моят екип с удоволствие ще бъдем на ваше разположение като ваш личен съветник.
Можете да се свържете с мен, като попълните формата за контакт тук wolfenstein@xpert.digital:или просто ми се обадите на +49 7348 4088 965. Моят имейл адрес е
Очаквам с нетърпение нашия съвместен проект.
