TWIST-süsteem: liikumisjäädvustamise tehnoloogia (MoCap) muudab humanoidrobotite juhtimist revolutsiooniliselt – pilt: Xpert.Digital
Teleoperatsiooniga kogu keha imiteeriv süsteem: inimese ja roboti reaalajas interaktsioon muudab robootikat.
Inimliigutused robotites: TWIST-süsteemi potentsiaal
Teadlased on saavutanud olulise läbimurde humanoidrobotite teleoperatsioonisüsteemide arendamisel. Liikumisjäädvustamise tehnoloogiat kasutades saavad humanoidrobotid nüüd reaalajas sooritada inimlaadseid liigutusi. See innovatsioon võimaldab roboteid täpselt ja intuitiivselt juhtida, mis on oluline samm kogu keha osavust hõlmavate robotite arendamise suunas. Eriti tähelepanuväärne on uus süsteem TWIST (Teleoperated Whole-Body Imitation System), mis edastab inimese kõik kehaliigutused robotile, juhatades sisse uue ajastu inimese ja roboti interaktsioonis.
Sobib selleks:
Liikumisjäädvustusel põhineva teleoperatsiooni põhitõed
Teleoperatsioon viitab masinate kaugjuhtimisele ja on eriti oluline robootika valdkonnas. Telerobootilisi süsteeme kasutatakse siis, kui tööruum on inimestele liiga kaugel, liiga väike, liiga suur või liiga ohtlik. Inimese (operaatori) ja roboti (teleoperaatori) ruumiline lahtisidumine võimaldab rakendusi erinevates valdkondades, näiteks minimaalselt invasiivses kirurgias, pommide kahjutukstegemises ja kosmoserakendustes.
Liikumisjäädvustamise tehnoloogia (MoCap) on tänapäevaste teleoperatsioonisüsteemide alus. See tehnoloogia võimaldab inimliikumise detailseid salvestamisi ja simulatsioone, mis võimaldab digitaliseerida üksikisikuid või terveid inimrühmi. Jäädvustatud liikumisi töödeldakse intelligentselt ja neid saab kasutada kehade ja nende liikumise animeerimiseks.
Kuidas liikumisjäädvustamise tehnoloogia töötab
Liikumisjälgimise tehnoloogia jälgib ja salvestab täpselt päris inimeste kehaliigutusi spetsiaalse markerite ja optiliste süsteemidega varustatud ülikonna abil. See protsess kogub liikumisandmeid kõigilt kehaosadelt – mitte ainult kätelt, kätelabadelt, jalgadelt ja jalataldadelt, vaid ka torsolt, puusadelt ja peast. Seejärel teisendatakse need ulatuslikud andmed käskudeks, mida humanoidrobotid saavad tehisintellekti (AI) abil täita.
TWIST-süsteem: läbimurre robotite kaugtöös
Stanfordi ülikoolis ja Simon Fraseri ülikoolis välja töötatud TWIST-süsteem kujutab endast märkimisväärset edasiminekut humanoidrobotite teleoperatsioonide valdkonnas. See ühendab liikumise jäädvustamise tehnoloogia tugevdusõppe ja imitatsioonõppe meetoditega.
„Me tahame, et humanoididel oleks samaväärne kogu keha osavus kui inimestel,“ selgitab Yanjie Ze, TWIST-uuringu juhtiv autor. „Kujutage ette segamini kööki. Inimesed saavad asju hoida mõlema käega ja kasutada jalgu takistuste, näiteks põrandal oleva korvi, liigutamiseks. Inimesed saavad ust avada ka keha külgede või küünarnukkide abil. Me tahame, et humanoidid suudaksid sama teha, inimesi otseselt imiteerides.“
TWIST-i tehniline teostus
TWIST-süsteem koosneb kolmest olulisest komponendist:
- Andmete kogumine ja sihtimise ümbersuunamine: Inimese liigutusi kohandatakse roboti jaoks võrguühenduseta ja võrguühenduseta sihtimise kaudu. See saavutatakse 3D-liigespositsioonide ja -orientatsioonide optimeeritud edastamise abil, kusjuures keha orientatsiooni ja jalgade asendit kohandatakse reaalajas.
- Lennujuhi koolitus simulatsioonis: TWIST kasutab kaheastmelist lähenemist õpetaja-õpilase metoodikaga:
- „Õpetaja“ kontrolleril on privilegeeritud juurdepääs tulevastele võrdlusliikumistele, mis võimaldab tal sujuvamaid liigutusi planeerida.
- „Õpilasest“ kontrollerist treenitakse tugevdusõppe (RL) ja käitumise kloonimise (BC) kombinatsiooni abil ning tal on juurdepääs ainult praegusele liikumisteabele.
- Täiskeha juhtimine: Treenitud juht võimaldab robotil kasutada kõiki vabadusastmeid, säilitades samal ajal tasakaalu. Selle tulemuseks on loomulikumad ja inimlikumad liigutused.
Unitree humanoidse G1 robotiga tehtud katsetes leidsid teadlased, et piisab kogu keha liigutuste jäädvustamisest ja nende täpsest edastamisest roboti liigestesse, tagades erinevate jäsemete liigutuste koordineerituse.
Sobib selleks:
Humanoidse teleoperatsiooni väljakutsed
Humanoidrobotite teleoperatsioonisüsteemide väljatöötamine esitab teadlastele mitmeid keerulisi väljakutseid:
Kehastusliku lõhe ületamine
Peamine väljakutse on nn kehastuslõhe ületamine – inimeste ja robotite anatoomilised erinevused. Kuna robotitel on inimestest erinevad proportsioonid, liigeste konfiguratsioonid ja füüsikalised omadused, pole inimeste liigutuste otsene ülekandmine kergesti võimalik.
Tasakaal ja kogu keha koordinatsioon
Humanoidne kogu keha jälgimine nõuab lisaks üksikute liigeste täpsele kontrollile ka dünaamilist tasakaalu säilitamist keerukate liigutuste ajal. Tavapärased teleoperatsioonisüsteemid keskenduvad sageli ainult isoleeritud liigutustele, nagu liikumine või manipuleerimine, samas kui TWIST võimaldab koordineeritud kogu keha liigutusi.
Latentsus ja sensoorne tagasiside
Teleoperatsioonisüsteemid peavad ületama sellised probleemid nagu latentsus (ajaline viivitus) ja sensoorse tagasiside piiratus. Need tegurid võivad kahjustada inimese tegevuse sünkroniseerimist roboti reaktsioonidega.
Liikumisjäädvustamise teleoperatsioonide mitmekesised rakendused
Humanoidrobotite liikumisjälgimisel põhinev teleoperatsioon avab arvukalt rakendusvõimalusi:
Ohtlikud olukorrad ja päästeoperatsioonid
Ohtlikes keskkondades saab inimeste asemel kasutada telejuhitavaid roboteid, näiteks lõhkekehade demineerimisel. Aastatel 2015–2020 toimus ainuüksi Ühendkuningriigis ligikaudu 2000 demineerimisoperatsiooni aastas, mis rõhutab ohutute alternatiivide vajadust.
Komplekssed manipuleerimisülesanded
Humanoidrobotid suudavad teleoperatsiooni abil täita keerulisi manipuleerimisülesandeid näiteks struktureerimata keskkondades, nagu köögid või töökojad. Nende võime koordineerida kogu keha, sealhulgas käte, kätelabade, jalgade ja labajalgade kasutamist pakub selles kontekstis olulisi eeliseid.
Sotsiaalne robootika ja ekspressiivsus
Humanoidsete sotsiaalsete robotite puhul on ekspressiivsete liigutuste sooritamise võime ülioluline. MPI-s välja töötatud OCRA-süsteem (optimiseerimisel põhinev kohandatav sihtimise algoritm) võimaldab reaalajas liikumise kaardistamist erinevate kinemaatiliste ahelate vahel, mille tulemuseks on intuitiivsed ja inimlaadsed liigutused.
Alternatiivsed lähenemisviisid ja erinevate süsteemide võrdlus
Lisaks TWIST-ile on liikumise jäädvustamisel põhineva teleoperatsiooni jaoks mitmeid teisi lähenemisviise:
IMU-põhised süsteemid
Mõned teadlased kasutavad IMU-põhiseid (inertsiaalse mõõtmise üksuse) liikumisjäädvustamise süsteeme, mis on kaasaskantavad ja odavamad kui optilised süsteemid. Seda tehnoloogiat kasutatakse näiteks liikumismanipulatsiooni ülesannete kaugjuhtimiseks, mis ühendavad liikumise ja manipuleerimise.
Neuraalvõrgupõhised lähenemisviisid
Alternatiivne lähenemisviis kasutab liikumisandurite andmete ja roboti ajamite nurkade vahelise seose õppimiseks närvivõrke. See meetod ei nõua roboti eelnevat analüütilist ega matemaatilist mudelit ning seetõttu saab seda rakendada erinevatele inimese ja roboti paaridele.
Süsteemid konkreetsete kehaosade jaoks
Lisaks kogu keha hõlmavatele teleoperatsioonisüsteemidele on olemas ka spetsiaalsed süsteemid, mis keskenduvad kindlatele kehaosadele, näiteks kahe käega liikumise jäädvustamine. Need süsteemid mängivad olulist rolli biooniliste kahekäeliste robotite täpses juhtimises tundlike manipuleerimisülesannete jaoks.
Sobib selleks:
Hiljutised edusammud ja tulevikuväljavaated
Humanoidrobotite teleoperatsioonisüsteemide arendamine edeneb kiiresti. Lisaks TWIST-ile on teadlased hiljuti esitlenud ka teisi uuenduslikke süsteeme:
H2O: inimesest humanoidiks
H2O süsteem võimaldab täielikult humanoidse roboti reaalajas teleoperatsiooni, kasutades ainult RGB-kaamerat. See kasutab RL-põhist raami ja „sim-to-data” protsessi humanoidrobotite jaoks sobivate liigutuste filtreerimiseks ja valimiseks.
AR-toega teleoperatsioon
Teadlased uurivad ka seda, kuidas liitreaalsus (AR) saab toetada liikumise jäädvustamisel põhinevat teleoperatsiooni. Inimese käe virtuaalse võrdluspunkti visualiseerimise abil robotkäe kõrval saavad kasutajad liikumiskaardistusest paremini aru.
Tehisintellekt ja liikumise jäädvustamine: inimese ja roboti interaktsiooni tulevik
Humanoidrobotite liikumisjälgimisel põhinev teleoperatsioon on viimastel aastatel märkimisväärselt arenenud. Sellised süsteemid nagu TWIST kujutavad endast olulist sammu edasi, võimaldades robotitel reaalajas sooritada inimlaadseid, kogu keha hõlmavaid liigutusi.
Liikumisjälgimise tehnoloogia ja täiustatud tehisintellekti meetodite, näiteks tugevdusõppe ja käitumise kloonimise, kombinatsioon avab uusi võimalusi inimese ja roboti interaktsiooniks. Humanoidrobotid saavad nüüd sooritada mitte ainult isoleeritud liigutusi, vaid ka koordineeritud kogu keha tegevusi, mis võimaldab suuremat osavust ja väljendusrikkust.
Tulevikus võivad need tehnoloogiad oluliselt laiendada humanoidrobotite kasutamist ohtlikes keskkondades, keerukate manipuleerimisülesannete täitmiseks ja sotsiaalsetes kontekstides. Teleoperatsioonisüsteemide täpsuse, töökindluse ja kasutajasõbralikkuse pidev täiustamine aitab veelgi vähendada lõhet inimvõimete ja robotite soorituse vahel.
Sobib selleks:
Teie ülemaailmne turundus- ja äriarenduspartner
☑️ Meie ärikeel on inglise või sakslane
☑️ Uus: kirjavahetus teie riigikeeles!
Konrad Wolfenstein
Mul on hea meel, et olete teile ja minu meeskonnale isikliku konsultandina kättesaadav.
Võite minuga ühendust võtta, täites siin kontaktvormi või helistage mulle lihtsalt telefonil +49 89 674 804 (München) . Minu e -posti aadress on: Wolfenstein ∂ xpert.digital
Ootan meie ühist projekti.
