Publié le: 20 mai 2025 / mise à jour de: 20 mai 2025 - Auteur: Konrad Wolfenstein
Le système Twist: Motion Capture Technology (MOCAP) révolutionne le contrôle des robots humanoïdes-Image: Xpert.Digital
Système d'imitation du corps entier téléopéré: interaction en temps réel-robot humain Nous changeons la technologie du robot
Mouvements humains pour les robots: le potentiel du système de torsion
Les scientifiques ont réalisé une percée importante dans le développement des systèmes de téléopération pour les robots humanoïdes. En utilisant la technologie de capture de mouvement, les robots humanoïdes peuvent désormais effectuer des mouvements de type humain en temps réel. Cette innovation permet un contrôle précis et intuitif des robots, ce qui est une étape importante vers le développement de robots avec des compétences à plein régime. La nouvelle torsion du système (système d'imitation par corps entier téléopéré), qui transfère les mouvements corporels complets d'une personne à un robot, est particulièrement remarquable et annonce ainsi une nouvelle ère d'interaction humaine-robot.
Convient à:
Les bases de la chirurgie basée sur la capture de mouvement
La téléopération décrit la télécommande des machines et est particulièrement importante dans la zone robotique. Les systèmes télérobotiques sont utilisés si l'espace de travail est trop loin, trop petit, trop grand ou trop dangereux pour les humains. Le découplage spatial entre l'homme (opérateur) et le robot (téléopérateur) permet des opérations dans divers domaines tels que la chirurgie mini-invasive, la description de l'intelligence ou les applications spatiales.
La technologie de capture de mouvement (MOCAP) constitue la base des systèmes de téléopération modernes. Cette technologie permet des enregistrements et des simulations détaillés du mouvement humain, par lequel des personnes individuelles ou des groupes entiers de personnes peuvent être numérisés. Les mouvements enregistrés sont traités intelligemment et peuvent être utilisés pour l'animation des corps et leurs mouvements.
Comment fonctionne la technologie de capture de mouvement
Dans la technologie de capture de mouvement, les mouvements corporels des personnes réelles sont précisément poursuivies et enregistrées via un costume spécial avec des points de marquage et des systèmes optiques. Les données de mouvement de toutes les parties du corps sont collectées - non seulement par les bras, les mains, les jambes et les pieds, mais aussi par le fuselage, les hanches et la tête. Ces données complètes sont ensuite converties en commandes en utilisant l'intelligence artificielle (IA) qui peut effectuer des robots humanoïdes.
Le système de torsion: une percée dans le robot télescopique
Le système de torsion développé à l'Université de Stanford et à l'Université Simon Fraser est un progrès significatif dans le téléobjectif de robot humanoïde.
"Nous voulons que les humanoïdes aient le même niveau de compétences en plein corps que les gens", explique Yanjie Ze, premier auteur de l'étude Twist. "Imaginez une cuisine en désordre. Les gens peuvent tenir les choses avec deux mains et utiliser leurs pieds pour déplacer des obstacles, comme un panier sur le sol. Les humains peuvent également ouvrir la porte avec les côtés de leur corps ou de leurs coudes. Nous voulons que les humanoïdes puissent faire de même en imitant directement les gens."
Mise en œuvre technique de Twist
Le système de torsion comprend trois composants essentiels:
- Acquisition et reciblage des données: par reciblage hors ligne et en ligne, les mouvements humains sont adaptés au robot. Cela se fait par transmission optimisée des positions et orientations articulaires 3D, par laquelle l'orientation corporelle et le placement du pied sont également adaptés en temps réel.
- Formation du contrôleur dans la simulation: Twist utilise une approche en deux étapes avec une méthodologie «enseignant étudiant»:
- Le contrôleur «enseignant» a un accès privilégié aux mouvements de référence futurs, ce qui lui permet de planifier des mouvements lisses.
- Le contrôleur «étudiant» est formé par une combinaison d'apprentissage par renforcement (RL) et de clonage de comportement (BC) et ne peut accéder qu'à des informations actuelles sur le mouvement.
- Contrôleur de corps complet: le contrôleur qualifié permet au robot d'utiliser tous les degrés de liberté tandis que l'équilibre est maintenu en même temps. Il en résulte des mouvements plus naturels et humains.
Dans les tests avec le robot humanoïde G1 de Untere, les chercheurs ont constaté qu'il était suffisant pour enregistrer les mouvements du corps complet et les transférer précisément aux articulations du robot, en veillant à ce que les mouvements des différents membres soient effectués.
Convient à:
Défis en chirurgie de téléobjectif humanoïde
Le développement de systèmes de téléopération pour les robots humanoïdes présente aux chercheurs plusieurs défis complexes:
Pont l'écart de mode de réalisation
Un défi central est le pontage de «l'écart de réalisation» - les différences anatomiques entre les humains et les robots. Étant donné que les robots ont d'autres proportions, des configurations conjointes et des propriétés physiques que les humains, le transfert direct des mouvements humains n'est pas facilement possible.
Équilibre et coordination du corps complète
Le suivi complet du corps humanoïde nécessite non seulement le contrôle précis des articulations individuelles, mais aussi le maintien dynamique de l'équilibre pendant les mouvements complexes. Dans les systèmes de chirurgie de téléobjectif conventionnel, l'accent est souvent mis sur les mouvements isolés tels que la locomotion ou la manipulation, tandis que Twist permet des mouvements coordonnés du corps complet.
Latence et rétroaction sensorielle
Les systèmes de téléopération doivent surmonter des problèmes tels que la latence (délai) et les restrictions sur la rétroaction sensorielle. Ces facteurs peuvent affecter la synchronisation des actions humaines avec des réactions robotiques.
Diverses applications de téléobjectif de capture de mouvement
La chirurgie de téléobjectif basé sur la capture de mouvement des robots humanoïdes ouvre de nombreuses utilisations possibles:
Situations dangereuses et opérations de sauvetage
Dans des environnements dangereux, les robots téléopérés peuvent être utilisés à la place des personnes, par exemple dans la désamorce des explosifs (EOD - Élimination des munitions explosives). Entre 2015 et 2020, il y avait environ 2 000 opérations EOD par an au Royaume-Uni seulement, ce qui illustre la nécessité d'alternatives sûres.
Tâches de manipulation complexes
Les robots humanoïdes peuvent effectuer des tâches de manipulation complexes par la téléopération, par exemple dans des environnements non structurés tels que les cuisines ou les ateliers. La capacité d'utiliser tout le corps, y compris les bras, les mains, les jambes et les pieds coordonnés, offre ici des avantages cruciaux.
Robotique sociale et expressivité
Pour les robots sociaux humanoïdes, la capacité d'exprimer des mouvements expressifs est essentielle. Le système OCRA développé sur le MPI (algorithme de reciblage personnalisable basé sur l'optimisation) permet des images de mouvement en temps réel entre différentes chaînes cinématiques, ce qui conduit à des mouvements intuitifs et humains.
Approches alternatives et comparaison de différents systèmes
En plus de Twist, il existe diverses autres approches pour la chirurgie de téléobjectif basé sur la capture de mouvement:
Systèmes basés sur IMU
Certains chercheurs utilisent des systèmes de capture de mouvement à base d'IMU (unité de mesure inertielle) qui sont portables et moins chers que les systèmes optiques. Cette technologie est utilisée, par exemple, pour le fonctionnement du téléobjectif des tâches de manipulation de locomoteur dans lesquelles la locomotion et la manipulation sont combinées.
Approches basées sur le réseau neuronal
Une approche alternative utilise des réseaux de neurones pour apprendre une affectation entre les données du capteur de la combinaison de capture de mouvement et les positions d'angle du rembourrage du robot. Cette méthode ne nécessite pas de modèle analytique ou mathématique antérieur du robot et peut donc être appliquée à diverses paires de robots humains.
Systèmes pour des parties du corps spécifiques
En plus des systèmes d'exploitation de téléobjectif complet, il existe également des systèmes spécialisés qui se concentrent sur certaines parties du corps, comme l'enregistrement des mouvements à double main. Ces systèmes jouent un rôle important dans le contrôle précis des robots bimanuels bioniques pour les tâches de manipulation fines.
Convient à:
Progrès récents et perspectives d'avenir
Le développement de systèmes de téléopération pour les robots humanoïdes progresse rapidement. En plus de Twist, les chercheurs ont récemment présenté d'autres systèmes innovants:
H2O: humain à humanoïde
Le système H2O permet uniquement les téléobjectifs en temps réel d'un robot humanoïde complet avec une caméra RGB. Il utilise un cadre basé sur RL et un processus «sim-to-data» pour filtrer et sélectionner des mouvements appropriés pour les robots humanoïdes.
Chirurgie de téléobjectif soutenu par AR
Les chercheurs étudient également comment la réalité augmentée (AR) peut soutenir les téléphones à base de MOCAP. En visualisant une référence virtuelle du bras humain en plus du bras robot, les utilisateurs peuvent mieux comprendre les images de mouvement.
Ki et capture de mouvement: l'avenir de l'interaction humaine-robot
La chirurgie par téléobjectif basé sur la capture de mouvement des robots humanoïdes s'est considérablement développée ces dernières années. Des systèmes tels que Twist marquent des progrès significatifs en permettant au robot d'effectuer des mouvements de corps à plein régime en temps réel.
La combinaison de la technologie de capture de mouvement et des méthodes avancées d'IA telles que l'apprentissage du renforcement et le clonage des comportements ouvrent de nouvelles opportunités pour l'interaction humaine-robot. Les robots humanoïdes peuvent désormais non seulement effectuer des mouvements isolés, mais également des actions coordonnées à pleine corps qui permettent une compétence et une expression plus élevées.
À l'avenir, ces technologies pourraient étendre considérablement l'utilisation de robots humanoïdes dans des environnements dangereux, avec des tâches de manipulation complexes et dans des contextes sociaux. L'amélioration continue de la précision, de la robustesse et de l'amitié des systèmes de téléopération contribuera à réduire davantage l'écart entre les capacités humaines et l'exécution robotique.
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