Publikováno: 20. května 2025 / Aktualizováno: 20. května 2025 – Autor: Konrad Wolfenstein
Systém TWIST: Technologie snímání pohybu (MoCap) způsobuje revoluci v řízení humanoidních robotů – Obrázek: Xpert.Digital
Teleoperovaný systém imitace celého těla: Interakce člověka s robotem v reálném čase změní robotiku
Lidské pohyby pro roboty: Potenciál systému TWIST
Vědci dosáhli významného průlomu ve vývoji teleoperačních systémů pro humanoidní roboty. Díky technologii snímání pohybu mohou humanoidní roboti nyní provádět pohyby podobné lidským v reálném čase. Tato inovace umožňuje přesné a intuitivní ovládání robotů, což představuje důležitý krok k vývoji robotů s obratností celého těla. Zvláště pozoruhodný je nový systém TWIST (Teleoperated Whole-Body Imitation System), který přenáší kompletní pohyby těla osoby na robota, a tím otevírá novou éru interakce člověka s robotem.
Vhodné pro:
Základy teleoperace založené na snímání pohybu
Teleoperace označuje dálkové ovládání strojů a má zvláštní význam v oblasti robotiky. Telerobotické systémy se používají, když je pracovní prostor příliš vzdálený, příliš malý, příliš velký nebo příliš nebezpečný pro člověka. Prostorové oddělení mezi člověkem (operátorem) a robotem (teleoperátorem) umožňuje aplikace v různých oblastech, jako je minimálně invazivní chirurgie, zneškodňování bomb a vesmírné aplikace.
Technologie snímání pohybu (MoCap) tvoří základ moderních teleoperačních systémů. Tato technologie umožňuje detailní nahrávání a simulace lidského pohybu, což dovoluje digitalizaci jednotlivců nebo celých skupin lidí. Zachycené pohyby jsou inteligentně zpracovávány a lze je použít k animaci těl a jejich pohybů.
Jak funguje technologie snímání pohybu
Technologie snímání pohybu přesně sleduje a zaznamenává pohyby těla skutečných lidí pomocí speciálního obleku vybaveného markery a optickými systémy. Tento proces shromažďuje data o pohybu ze všech částí těla – nejen paží, rukou, nohou a chodidel, ale také trupu, boků a hlavy. Tato komplexní data jsou poté transformována do příkazů, které humanoidní roboti mohou provádět pomocí umělé inteligence (AI).
Systém TWIST: Průlom v teleoperaci robotů
Systém TWIST, vyvinutý na Stanfordské univerzitě a Univerzitě Simona Frasera, představuje významný pokrok v teleoperaci humanoidních robotů. Kombinuje technologii snímání pohybu s metodami posilovacího učení a imitačního učení.
„Chceme, aby humanoidi měli stejnou úroveň obratnosti celého těla jako lidé,“ vysvětluje Yanjie Ze, hlavní autor studie TWIST. „Představte si nepořádnou kuchyň. Lidé dokážou držet věci oběma rukama a nohama přemisťovat překážky, například koš na podlaze. Lidé dokážou také otevřít dveře boky těla nebo lokty. Chceme, aby humanoidi dokázali totéž tím, že budou přímo napodobovat lidi.“
Technická implementace TWIST
Systém TWIST se skládá ze tří základních komponent:
- Sběr dat a přesměrování: Prostřednictvím offline a online přesměrování jsou lidské pohyby přizpůsobeny robotovi. Toho je dosaženo optimalizovaným přenosem 3D poloh a orientací kloubů, přičemž orientace těla a umístění nohou se také upravuje v reálném čase.
- Školení řídicích jednotek v simulaci: TWIST využívá dvoustupňový přístup s metodologií „učitel-student“:
- Řídicí jednotka „Učitel“ má privilegovaný přístup k budoucím referenčním pohybům, což mu umožňuje plánovat plynulejší pohyby.
- „Studentský“ kontrolér je trénován kombinací posilovacího učení (RL) a klonování chování (BC) a má přístup pouze k aktuálním informacím o pohybu.
- Ovládání celého těla: Proškolený ovladač umožňuje robotovi využívat všechny stupně volnosti a zároveň udržovat rovnováhu. Výsledkem jsou přirozenější a lidským pohyby.
V testech s humanoidním robotem G1 od společnosti Unitree vědci zjistili, že stačí zachytit pohyby celého těla a přesně je přenést do kloubů robota, čímž se zajistí koordinace pohybů různých končetin.
Vhodné pro:
Výzvy v humanoidní teleoperaci
Vývoj teleoperačních systémů pro humanoidní roboty představuje pro výzkumníky několik složitých výzev:
Překlenutí propasti v provedení
Klíčovou výzvou je překlenutí „mezery v provedení“ – anatomických rozdílů mezi lidmi a roboty. Protože roboti mají odlišné proporce, konfiguraci kloubů a fyzikální vlastnosti než lidé, není přímý přenos lidských pohybů snadno možný.
Rovnováha a koordinace celého těla
Sledování celého těla humanoidů vyžaduje nejen přesné ovládání jednotlivých kloubů, ale také dynamické udržování rovnováhy během složitých pohybů. Konvenční teleoperační systémy se často zaměřují pouze na izolované pohyby, jako je lokomoce nebo manipulace, zatímco TWIST umožňuje koordinované pohyby celého těla.
Latence a senzorická zpětná vazba
Teleoperační systémy musí překonávat problémy, jako je latence (časové zpoždění) a omezení senzorické zpětné vazby. Tyto faktory mohou narušit synchronizaci lidských akcí s robotickými reakcemi.
Různorodé aplikace teleoperace snímáním pohybu
Teleoperace humanoidních robotů založená na snímání pohybu otevírá řadu možností použití:
Nebezpečné situace a záchranné operace
V nebezpečném prostředí lze místo lidí použít teleoperované roboty, například při likvidaci výbušné munice (EOD). Jen ve Spojeném království se v letech 2015 až 2020 uskutečnilo přibližně 2 000 operací EOD ročně, což zdůrazňuje potřebu bezpečných alternativ.
Složité manipulační úkoly
Humanoidní roboti mohou provádět složité manipulační úkoly prostřednictvím teleoperace, například v nestrukturovaných prostředích, jako jsou kuchyně nebo dílny. Jejich schopnost koordinovat používání celého těla, včetně paží, rukou, nohou a chodidel, nabízí v tomto kontextu zásadní výhody.
Sociální robotika a expresivita
Pro humanoidní sociální roboty je schopnost provádět expresivní pohyby zásadní. Systém OCRA (Optimization-based Customizable Retargeting Algorithm), vyvinutý v MPI, umožňuje mapování pohybu v reálném čase mezi různými kinematickými řetězci, což vede k intuitivním a lidským pohybům.
Alternativní přístupy a srovnání různých systémů
Kromě TWISTu existují různé další přístupy k teleoperaci založené na snímání pohybu:
Systémy založené na IMU
Někteří výzkumníci používají systémy pro snímání pohybu založené na IMU (Inertial Measurement Unit), které jsou přenosné a levnější než optické systémy. Tato technologie se používá například pro teleoperaci lokomotivních manipulačních úkolů, které kombinují lokomoci a manipulaci.
Přístupy založené na neuronových sítích
Alternativní přístup využívá neuronové sítě k učení mapování mezi daty ze senzorů z obleku pro snímání pohybu a úhlovými polohami aktuátorů robota. Tato metoda nevyžaduje předchozí analytický ani matematický model robota, a proto ji lze použít na různé páry člověk-robot.
Systémy pro specifické části těla
Kromě systémů pro teleoperaci celého těla existují také specializované systémy, které se zaměřují na konkrétní části těla, jako například systémy pro snímání pohybu obou rukou. Tyto systémy hrají důležitou roli v přesném řízení bionických bimanuálních robotů pro jemné manipulační úkoly.
Vhodné pro:
Nedávný pokrok a budoucí vyhlídky
Vývoj teleoperačních systémů pro humanoidní roboty rychle postupuje. Kromě TWIST vědci v poslední době představili další inovativní systémy:
H2O: Z člověka na humanoida
Systém H2O umožňuje teleoperaci plně humanoidního robota v reálném čase pouze s použitím RGB kamery. Využívá rám založený na RL a proces „sim-to-data“ k filtrování a výběru vhodných pohybů pro humanoidní roboty.
Teleoperace s podporou AR
Výzkumníci také zkoumají, jak může rozšířená realita (AR) podpořit teleoperaci založenou na snímání pohybu. Vizualizací virtuální reference lidské paže vedle robotického ramene mohou uživatelé lépe porozumět mapování pohybu.
Umělá inteligence a zachycení pohybu: Budoucnost interakce člověka s robotem
Teleoperace humanoidních robotů založená na snímání pohybu se v posledních letech značně posunula. Systémy jako TWIST představují významný krok vpřed, protože umožňují robotům provádět pohyby celého těla v reálném čase podobné lidským.
Kombinace technologie snímání pohybu a pokročilých metod umělé inteligence, jako je posilovací učení a klonování chování, otevírá nové možnosti interakce člověka s robotem. Humanoidní roboti nyní dokáží provádět nejen izolované pohyby, ale také koordinované akce celého těla, což umožňuje větší obratnost a expresivitu.
V budoucnu by tyto technologie mohly výrazně rozšířit využití humanoidních robotů v nebezpečných prostředích, pro složité manipulační úkoly a v sociálních kontextech. Neustálé zlepšování přesnosti, robustnosti a uživatelské přívětivosti teleoperačních systémů pomůže dále zmenšit rozdíl mezi lidskými schopnostmi a robotickým prováděním.
Vhodné pro:
Váš globální partner pro marketing a rozvoj podnikání
☑️ Naším obchodním jazykem je angličtina nebo němčina
☑️ NOVINKA: Korespondence ve vašem národním jazyce!
Konrad Wolfenstein
Rád vám a mému týmu posloužím jako osobní poradce.
Kontaktovat mě můžete vyplněním kontaktního formuláře nebo mi jednoduše zavolejte na číslo +49 89 89 674 804 (Mnichov) . Moje e-mailová adresa je: wolfenstein ∂ xpert.digital
Těším se na náš společný projekt.
