פורסם ב: 12 במרץ, 2025 / עדכון מ: 12 במרץ, 2025 - מחבר: קונרד וולפנשטיין
החוקרת Sepehr Samavi ופרופ 'אנג'לה שוליג ליד הרובוטים ג'ק - תמונה: אסטריד אקרט, Muenchen
עבודה חלוצית ברובוטיקה: TUM מפתח רובוטים צופים קדימה
מערכות אוטונומיות: כיצד ללמוד רובוטים לקיים אינטראקציה עם אנשים
בעולם שמתפתח במהירות לכיוון האוטומציה והבינה המלאכותית, מערכות אוטונומיות הן חלק חשוב יותר ויותר מחיי היומיום שלנו. ממכוניות לנהיגה עצמית ועד רובוטים סיוע נבון ועד מפעלים תעשייתיים מפותחים מאוד -יכולתן של מכונות לקבל החלטות מועסקות עצמיות ולפעול בסביבות מורכבות הופכת תחומים רבים בחיינו. משמעת מרגשת ומאתגרת במיוחד בתוך הרובוטיקה היא פיתוח מערכות שיכולות לנוע בבטחה וביעילות בסביבות דינמיות המאוכלסות על ידי בני אדם. לא מדובר רק בהימנעות ממכשולים, אלא גם על הבנה, חיזוי והגיב על התנהגותם של אנשים על מנת להבטיח אינטראקציה חלקה ובטוחה.
בדיוק בממשק זה של רובוטיקה, בינה מלאכותית והתנהגות אנושית, חוקרים מהאוניברסיטה הטכנית הנודעת במינכן (TUM) עובדים לחץ גבוה. במעבדת מערכות הלמידה והרובוטיקה שלך, בניהולו של פרופסור אנג'לה שוליג, פיתחת רובוט חדשני בשם "ג'ק", המסוגל לנווט במיומנות מדהימה ובתליון הנולד באמצעות המונים. מה שמבדיל את ג'ק לרובוטים רבים אחרים הוא היכולת שלו לא רק לתפוס את הסביבה המיידית, אלא גם לחשוב באופן פעיל על איך אנשים יסתובבו ואיך הם יכולים להגיב לתנועות שלהם. דרך חשיבה מתואמת זו מאפשרת לג'ק לתכנן את דרכו בחדרים מלאי חיים לא רק בתגובה, אלא גם באופן יזום ובאופן אינטליגנטי.
מתאים לכך:
אתגר הניווט בהמונים
ניווט בהמונים הוא אתגר עצום עבור רובוטים החורגים הרבה מעבר למניעת מכשולים פשוטה. בניגוד לסביבות סטטיות או צפויות, המונים הם דינאמיים, בלתי צפויים ומאופיינים באינטראקציות חברתיות מורכבות. כולם בהרבה נעים באופן אינדיבידואלי, אך יחד עם זאת משפיעים על תנועותיהם של אחרים. תלות הדדית זו, בשילוב השונות הטבעית של ההתנהגות האנושית, מקשה מאוד לרובוטים לנוע בבטחה וביעילות.
אלגוריתמי ניווט מסורתיים לרובוטים, אשר לרוב מבוססים על כללים נוקשים ונתוני חיישנים פשוטים, מגיעים במהירות לגבולותיהם בסביבות כאלה. בדרך כלל הם מגיבים למכשולים על ידי עצירה או התחמקות בפתאומיות, מה שעלול להוביל לפקקים לא רצויים, מסלולים לא יעילים או אפילו מצבים מסוכנים בקהל. על מנת לעבור בהצלחה בהמונים, אפוא הרובוטים זקוקים לצורת אינטליגנציה מתקדמת הרבה יותר, המאפשרת להם להבין התנהגות אנושית, לחזות ולערבב באופן פעיל את תכנון הניווט שלהם.
הגישה החדשנית של ג'ק: חשיבה ואינטראקציה קדימה -צופה
שקע הרובוט שפותח על ידי חוקרי TUM הולך צעד מכריע מעבר לגישות מסורתיות. הליבה שלו היא אלגוריתם מתוחכם המאפשר לו לא רק לתפוס את תנועות האנשים באזורו, אלא גם לחזות באופן פעיל ולערב את תכנון המסלול שלו. פרופסור שוליג מדגיש את ההבדל הבסיסי לשיטות קונבנציונאליות: "הרובוט שלנו עיצב כיצד אנשים יגיבו לתנועתו לתכנן את דרכו שלו. זה ההבדל הגדול לגישות אחרות שמתעלמות בדרך כלל מהאינטראקציה הזו."
יכולת זו לדגמן אינטראקציה היא המפתח להצלחתו של ג'ק. במקום רק להתייחס לאנשים כמכשולים בלתי צפויים, ג'ק רואה בה שחקן אינטליגנטי שהתנהגותו הוא יכול לפעמים לחזות ואף להשפיע. זה מאפשר לו לעבור דרך המונים הדומים לניווט אנושי במובנים רבים. הוא לא מהסס לנוע בפערים, צופה את תנועות הולכי הרגל ומתאים את דרכו באופן דינמי כדי להימנע מהתנגשויות ובמקביל להשיג ביעילות את מטרתו.
כוח חיישן ומחשוב באינטראקציה
על מנת להתמודד עם משימה תובענית זו, ג'ק מצויד בחיישנים מפותחים וכוח מחשוב. אלמנט מרכזי הוא חיישן LIDAR (איתור אור וטווח), השולח לצמיתות קורות לייזר לאזור ומקבל את האותות המשתקפים. מנתונים אלה, ה- LIDAR יוצר כרטיס מדויק של 360 מעלות בסביבה בזמן אמת, אשר לא רק לוכד חפצים סטטיים, אלא גם גם את מיקומם של אנשים ותנועה. לידר מספק אפוא לרובוט "תמונה" מפורטת של סביבתו, המהווה את הבסיס להחלטות הניווט שלו.
בנוסף ללידר, לג'ק יש חיישנים באופניו, שמודדים בדיוק את הקצב שלו והמרחק מכוסה. מידע זה הוא קריטי בכדי לקבוע במדויק את מיקומך שלך באזור ולבצע אופטימיזציה של יעילות הניווט. כל נתוני החיישנים מעובדים על ידי מחשב עוצמתי על לוח המסוגל לבצע אלגוריתמים מורכבים בזמן אמת. מחשב זה הוא "המוח" של ג'ק ואחראי לניתוח נתוני החיישן, חיזוי התנועות האנושיות וחישוב המסלול האופטימלי.
מתאים לכך:
האלגוריתם בפירוט: חיזוי, תכנון והתאמה
ליבו של האינטליגנציה של ג'ק הוא אלגוריתם הניווט שפותח על ידי חוקרי TUM. אלגוריתם זה פועל בכמה שלבים כדי לאפשר לג'ק להבטיח ניווט בטוח ויעיל בהמונים.
1. תפיסה ורכישת נתונים
בתחילה, ג'ק אוסף ברציפות נתונים על סביבתו בעזרת חיישניו. ה- LIDAR מספק מידע על מיקומם של אנשים ותנועת אנשים, ואילו חיישני הגלגלים מספקים נתונים על התנועה של הרובוט עצמו.
2. חיזוי תנועות אנושיות
בהתבסס על הנתונים שנאספו, האלגוריתם מנתח את דפוס התנועה של האנשים באזור. הוא מנסה לחזות את הדרך הסבירה שאנשים ישתלטו עליהם בשניות הבאות. תחזית זו מבוססת על מודלים סטטיסטיים שנלמדו מרישומי נתונים נרחבים של התנהגות תנועה אנושית אצל המונים.
3. תכנון מסלול
במקביל, האלגוריתם מתכנן את המסלול האופטימלי למטרת הרובוט. הוא לא רק לוקח בחשבון את התנועות החזויות של אנשים, אלא גם את כישוריהם ומגבלותיהם של הרובוטים, כמו מהירותו ותמרון. המטרה היא למצוא מסלול שמוביל למטרה במהירות וביעילות ככל האפשר מבלי להסתכן בהתנגשויות עם אנשים.
4. הסתגלות דינאמית
היבט מרכזי באלגוריתם הוא יכולתו להסתגל באופן דינמי. כל התהליך של רכישת נתונים, חיזוי ותכנון מסלול חוזר על עצמו ברציפות כעשר פעמים בשנייה. זה מאפשר לג'ק להתאים את מסלולו לסביבה המשתנה כל הזמן בזמן אמת. תדירות הסתגלות גבוהה זו חיונית כדי לנווט בסביבה דינאמית עם אנשים רבים בבטחה וביעילות, מכיוון שהרובוט מכיר בדרכיהם של אנשים בו זמנית ומגיב לאופן בו מסביר חוקר ה- TUM Sepehr.
למידה מהתנהגות אנושית: המפתח לניווט דמוי אנושי
היבט מכריע נוסף של האינטליגנציה של ג'ק הוא יכולתו ללמוד מהתנהגות אנושית. חוקרי ה- TUM לא פשוט תכנו את ג'ק עם כללים ואלגוריתמים נוקשים, אלא נתנו לו את ההזדמנות להשתפר ברציפות באמצעות ניתוח הנתונים של התנהגות התנועה האנושית.
פרופסור שוליג מסביר כי המודל המתמטי עליו מבוסס אלגוריתם התכנון נגזר מתנועות אנושיות ותורגם למשוואות. לפיכך האלגוריתם אינו מבוסס על הנחות מופשטות לגבי התנהגות אנושית, אלא ישירות על נתונים אמיתיים המתעדים את תנועות ההמונים. על מנת לאפשר זאת, החוקרים אספו רישומי נתונים נרחבים המתארים התנהגות אנושית במצבים וסביבות שונות ומשמשים כחומר הוראה לג'ק.
על ידי ניתוח נתונים אלה, ג'ק לומד להכיר, לחזות דפוסי תנועה טיפוסיים של אנשים ולערב את החלטותיו שלו. לדוגמה, הוא לומד שאנשים בדרך כלל מתחמקים כאשר הם פונים למכשול או שהם מתאימים את המהירות שלהם כדי להימנע מהתנגשות. ממצאים אלה זורמים לאלגוריתם ומאפשרים לג'ק להתנהג באופן שדומה להתנהגות האינטואיטיבית של אנשים בהמונים.
דוגמה קונקרטית לתהליך למידה זה היא הטיפול של ג'ק בהתנגשויות פוטנציאליות. רובוט מסורתי ייפסק בדרך כלל מייד ברגע שהוא מזהה מכשול, כמו אדם, במסלול התנגשות. ג'ק, לעומת זאת, שלמד מהתנהגות אנושית, מגיב בצורה שונה יותר. הוא גם מחשב שאנשים בדרך כלל יסתגלו ויתחמקו כדי להימנע מהתנגשות. לכן הוא לא מפסיק מייד, אלא ממשיך את תנועתו, ובמקביל מתבונן בתגובת האדם. רק אם יש סימנים לכך שאנשים לא מתחמקים מתוכנית ג'ק בהתראה קצרה ובוחרים מסלול אלטרנטיבי. התנהגות זו יעילה הרבה יותר ואנושית יותר מהתחנה הפתאומית של רובוט מסורתי.
פיתוח אבולוציוני: מתוך תגובתי אינטראקטיבי מדי
פיתוח כישורי הניווט של ג'ק היה תהליך אבולוציוני שנכנס לשלושה שלבים. כל רמה מייצגת התקדמות במורכבות ובאינטליגנציה של האלגוריתם.
רמה 1: ניווט תגובתי.
בשלב הראשון, ג'ק רק הגיב בתגובה לסביבתו. הוא התחמק ממכשולים ברגע שהוא תפס אותם מבלי לחזות או לצפות להתנהגות של אנשים. שלב זה היה פונקציונלי, אך לא יעיל ולעתים קרובות הוביל לעצירות ועקפים פתאומיים.
רמה 2: ניווט חזוי.
בשלב השני הורחב האלגוריתם כדי לחזות את תנועת האנשים המתקרבים. זה איפשר ג'ק לנווט יותר קדימה -צופה ולהימנע מהתנגשויות לפני שהיו קרובים. רמה זו הייתה כבר התקדמות משמעותית, אך עדיין הייתה מוגבלת מכיוון שהיא מתעלמת ברובה מהאינטראקציה בין רובוטים לבני אדם.
רמה 3: ניווט אינטראקטיבי.
הגרסה הנוכחית של ג'ק מייצגת את הרמה השלישית והמתקדמת ביותר של האבולוציה: ניווט אינטראקטיבי. ברמה זו, ג'ק לא רק מסוגל לחזות את תנועות האנשים, אלא גם לקחת בחשבון באופן פעיל כיצד אנשים יגיבו לתנועות שלהם. הוא מסוגל להשפיע על התנהגותם של אנשים באמצעות התנהגותו שלו ובמקביל להימנע מהתנגשויות. יכולת אינטראקטיבית זו היא הפריצה המכריעה שהופכת את ג'ק למערכת ניווט אינטליגנטית ואנושית.
החוקר סאמבי מסביר שג'ק יכול לחזות את תנועותיהם של אנשים אחרים מצד אחד ובמקביל הוא מסוגל להשפיע על מעשיהם באמצעות התנהגותו שלו תוך הימנעות מתנגשויות. צורה זו של ניווט אינטראקטיבי מאפשרת לג'ק לנוע בבטחה, ביעילות, מקובלת חברתית ובאופן אינטואיטיבי דרך המונים.
אזורי יישום: מרובוטים משלוחים לנהיגה אוטונומית
לטכנולוגיה החדשנית שנמצאת בג'ק יש פוטנציאל עצום למגוון תחומי יישום. למרות שג'ק פותח בתחילה כפלטפורמת מחקר, חוקרי ה- TUM כבר חושבים על שימושים קונקרטיים אפשריים בעולם האמיתי.
רובוט משלוח
יישום קרוב הם רובוטים מסירה שיכולים לספק באופן אוטונומי סחורות וחבילות בסביבות עירוניות. רובוטים אלה חייבים להיות מסוגלים לנוע בבטחה וביעילות על מדרכות, באזורי הולכי רגל ובמרכזי עיר חיים. יכולתו של ג'ק לנווט בהמונים חשובה מכריעה לכך. בעתיד, רובוטים מסירה אוטונומית עשויים לתרום תרומה משמעותית לפיתרון בעיות של "הקילומטר האחרון" בלוגיסטיקה והקלה על תנועה עירונית.
מתאים לכך:
כסאות גלגלים
יישום מבטיח נוסף הוא שילוב הטכנולוגיה בכסאות גלגלים חכמים. ניווט בסביבות מלאות חיים יכול להוות אתגר מרכזי עבור אנשים עם מגבלות ניידות. כסא גלגלים המצויד באלגוריתם ניווט של Jacks יכול לשפר משמעותית את העצמאות ואת איכות החיים של אנשים אלה. כסא הגלגלים יכול להימנע אוטומטית על מכשולים, לעבור בבטחה דרך המונים ולהביא את המשתמש באופן אוטונומי ליעד הרצוי.
נהיגה אוטונומית
פרופסור שוליג רואה בנהיגה אוטונומית תחום יישום רלוונטי במיוחד לטכנולוגיית ניווט אינטראקטיבית. היא מדגישה כי תרחישים אינטראקטיביים אלה הם אתגר מרכזי. במצבי תנועה מורכבים, למשל בעת השחלה על הכבישים המהירים, כאשר הם פונים למעברים או בעת התמודדות עם הולכי רגל ורוכבי אופניים, חיוני לא רק לתכנן את התנועה שלך, אלא גם לחזות את התנהגותם של משתמשי דרכים אחרים ולכלול אותם בתכנון שלהם. היכולת של הטכנולוגיה לניווט אינטראקטיבי עשויה אפוא לתרום תרומה משמעותית לפיתוח כלי רכב אוטונומיים בטוחים ויעילים. כדוגמה, זה מוביל להשחלה בכביש מהיר: כאשר רכב נוהג במד האצה של כניסה לכביש המהיר, נהגים רבים המגיעים מאחורי מסלולי שינוי או בלימה מעט. בדיוק במצבים כאלה הגישה החדשה מאפשרת לקחת בחשבון את התגובות של משתמשי הדרך האחרים.
רובוט הומנואיד
רובוטים הומנואידים יכולים להפיק תועלת במיוחד מהאלגוריתמים, במיוחד בתחומים כמו טיפול, שירות או ייצור בהם הם עובדים בשיתוף פעולה הדוק עם אנשים. על מנת להשתמש ויעיל על ידי בני אדם, חיוני שהם יוכלו לנווט בבטחה ואינטואיטיבית בסביבות אנושיות. עם זאת, פרופסור שוליג מתייחס לאתגר מרכזי: בעוד שרובוט נע יכול פשוט להפסיק במידת הצורך, רובוטים הומנואידים הם כרגע עדיין לא יציבים ומאבד במהירות את שיווי המשקל שלהם. השיפור ביציבותם של רובוטים הומנידים בסביבות דינמיות מייצג תחום חשוב של מחקר שיש לפתח עוד יותר על מנת להפוך את מלוא הפוטנציאל של ניווט אינטראקטיבי לשימוש גם לרובוטים הומנואידים.
ניווט רובוט מתקדם: כפי שג'ק מבין התנהגות אנושית
המחקר של TUM בתחום ניווט הרובוט האינטראקטיבי מייצג התקדמות משמעותית בדרך למערכות אינטליגנטיות ואוטונומיות שיכולות לפעול בבטחה וביעילות בסביבה האנושית. ג'ק הרובוט מראה באופן מרשים כי ניתן לפתח מכונות שלא רק תופסות את סביבתם, אלא גם מבינות התנהגות אנושית, לחזות ולכלול אותן בהחלטותיהם. יכולת זו לניווט אינטראקטיבי פותחת הזדמנויות חדשות למגוון יישומים, החל מרובוטים משלוחים ועד כסאות גלגלים חכמים ועד נהיגה אוטונומית.
פיתוח ג'ק הוא רק ההתחלה. המחקר בתחום הרובוטיקה והבינה המלאכותית מתקדם במהירות, ואנחנו יכולים לצפות לחידושים מרגשים נוספים בשנים ובעשורים הקרובים. שילוב הרובוטים בחיי היומיום שלנו יהפוך לטבעי יותר ויותר, ומערכות אוטונומיות ישחקו תפקיד חשוב יותר ויותר בחברה שלנו. לפיכך יש חשיבות מכרעת שאנו הופכים את פיתוח הטכנולוגיות הללו לאחריות ונקח בחשבון את ההיבטים האתיים והחברתיים מההתחלה. זו הדרך היחידה שנוכל להבטיח שרובוטים ואנשים יוכלו לעבוד יחד לטובת כולם בעתיד.
מתאים לכך:
השותף הגלובלי שלך לשיווק ופיתוח עסקי
☑️ השפה העסקית שלנו היא אנגלית או גרמנית
☑️ חדש: התכתבויות בשפה הלאומית שלך!
קונרד וולפנשטיין
אני שמח להיות זמין לך ולצוות שלי כיועץ אישי.
אתה יכול ליצור איתי קשר על ידי מילוי טופס יצירת הקשר או פשוט להתקשר אליי בטלפון +49 89 674 804 (מינכן) . כתובת הדוא"ל שלי היא: וולפנשטיין ∂ xpert.digital
אני מצפה לפרויקט המשותף שלנו.
