Pubblicato il: 20 maggio 2025 / Aggiornamento dal: 20 maggio 2025 - Autore: Konrad Wolfenstein
The Twist System: Motion Capture Technology (MOCAP) rivoluziona il controllo dell'immagine dei robot umanoidi: xpert.digital
Sistema di imitazione per tutto il corpo teleoperato: interazione in tempo reale-robot cambiamo la tecnologia robot
Movimenti umani per i robot: il potenziale del sistema di torsione
Gli scienziati hanno raggiunto una svolta significativa nello sviluppo di sistemi di teleoperazione per i robot umanoidi. Usando la tecnologia del movimento di cattura, i robot umanoidi possono ora eseguire movimenti simili all'uomo in tempo reale. Questa innovazione consente un controllo preciso e intuitivo dei robot, che è un passo importante verso lo sviluppo di robot con abilità completa. La nuova svolta del sistema (sistema di imitazione per tutto il corpo teleoperato), che trasferisce i movimenti del corpo a pieno corpo di una persona a un robot, è particolarmente notevole e quindi annuncia una nuova era di interazione umana.
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Le basi del teleobiettivo basato su motion capture
La teleoperazione descrive il controllo remoto delle macchine ed è particolarmente importante nell'area della robotica. I sistemi telerobotici vengono utilizzati se lo spazio di lavoro è troppo lontano, troppo piccolo, troppo grande o troppo pericoloso per gli umani. Il disaccoppiamento spaziale tra umani (operatore) e robot (teleoperatore) consente operazioni in varie aree come la chirurgia minimamente invasiva, la descrizione dell'intelligenza o le applicazioni spaziali.
Motion Capture Technology (MOCAP) costituisce la base per i moderni sistemi di teleoperazione. Questa tecnologia consente registrazioni e simulazioni dettagliate del movimento umano, per cui le singole persone o interi gruppi di persone possono essere digitalizzati. I movimenti registrati sono elaborati in modo intelligente e possono essere utilizzati per l'animazione dei corpi e i loro movimenti.
Come funziona la tecnologia di motion acquisit
Nella tecnologia del movimento di cattura, i movimenti del corpo delle persone reali sono perseguiti e registrati con un abito speciale con punti di marcatura e sistemi ottici. I dati di movimento di tutte le parti del corpo sono raccolti - non solo da braccia, mani, gambe e piedi, ma anche da fusoliera, fianchi e testa. Questi dati completi vengono quindi convertiti in comandi usando l'intelligenza artificiale (AI) che possono eseguire robot umanoidi.
Il sistema di torsione: una svolta in robot telescopico
Il sistema di torsione sviluppato alla Stanford University e alla Simon Fraser University è un progresso significativo nel teleobiettivo robot umanoide.
"Vogliamo che gli umanoidi abbiano lo stesso livello di abilità di tutto il corpo delle persone", spiega Yanjie Ze, primo autore di The Twist Study. "Immagina una cucina disordinata. Le persone possono tenere le cose con due mani e usare i piedi per spostare gli ostacoli, come un cesto a terra. Gli umani possono anche aprire la porta con i lati del loro corpo o gomiti. Vogliamo che gli umanoidi siano in grado di fare lo stesso imitazione direttamente le persone."
Implementazione tecnica di Twist
Il sistema di torsione include tre componenti essenziali:
- Acquisizione e retargeting dei dati: per retargeting offline e online, i movimenti umani sono adattati al robot. Questo viene fatto mediante trasmissione ottimizzata delle posizioni e degli orientamenti dell'articolazione 3D, per cui anche l'orientamento del corpo e il posizionamento del piede sono adattati in tempo reale.
- Formazione controller nella simulazione: Twist utilizza un approccio a due fasi con una metodologia di "studente insegnante":
- Il controller "insegnante" ha un accesso privilegiato ai futuri movimenti di riferimento, che gli consente di pianificare movimenti fluidi.
- Il controller "studente" è addestrato da una combinazione di apprendimento di rinforzo (RL) e clonazione del comportamento (BC) e può accedere solo alle informazioni di movimento corrente.
- Controller del corpo completo: il controller addestrato consente al robot di utilizzare tutti i gradi di libertà mentre l'equilibrio è tenuto contemporaneamente. Ciò si traduce in movimenti più naturali e umani.
Nei test con il robot umanoide G1 di Untero, i ricercatori hanno scoperto che era sufficiente registrare movimenti di tutto il corpo e trasferirli con precisione sulle articolazioni del robot, garantendo che i movimenti dei diversi arti fossero eseguiti.
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Sfide nella chirurgia del teleobiettivo umanoide
Lo sviluppo di sistemi di teleoperazione per robot umanoidi presenta ai ricercatori diverse sfide complesse:
Colmare il divario di realizzazione
Una sfida centrale è il ponte del "gap di forma di realizzazione", le differenze anatomiche tra umani e robot. Poiché i robot hanno altre proporzioni, configurazioni congiunte e proprietà fisiche rispetto all'uomo, il trasferimento diretto dei movimenti umani non è facilmente possibile.
Equilibrio e coordinamento completo del corpo
Il monitoraggio umanoide per tutto il corpo non richiede solo il controllo preciso delle singole articolazioni, ma anche il mantenimento dinamico dell'equilibrio durante movimenti complessi. Nei sistemi di chirurgia dei teleobiettivi convenzionali, il focus è spesso solo su movimenti isolati come la locomozione o la manipolazione, mentre la torsione consente movimenti coordinati per il corpo pieno.
Latenza e feedback sensoriale
I sistemi di teleoperazione devono superare problemi come latenza (ritardo) e restrizioni al feedback sensoriale. Questi fattori possono influenzare la sincronizzazione delle azioni umane con reazioni robotiche.
Diverse applicazioni di teleologia di motion cattura
Il teleobiettivo basato sul movimento di robot umanoide apre numerosi usi possibili:
Situazioni pericolose e operazioni di salvataggio
In ambienti pericolosi, i robot teleoperati possono essere usati al posto delle persone, ad esempio nella disinnesto degli esplosivi (EOD - smaltimento degli ordigni esplosivi). Tra il 2015 e il 2020 c'erano circa 2.000 operazioni EOD all'anno solo nel Regno Unito, il che illustra la necessità di alternative sicure.
Compiti di manipolazione complessi
I robot umanoidi possono svolgere compiti di manipolazione complessi attraverso la teleoperazione, ad esempio in ambienti non strutturati come cucine o seminari. La capacità di usare tutto il corpo tra cui braccia, mani, gambe e piedi coordinati offre vantaggi cruciali qui.
Robotica sociale ed espressività
Per i robot sociali umanoidi, la capacità di esprimere movimenti espressivi è essenziale. Il sistema OCRA sviluppato sull'MPI (algoritmo di retargeting personalizzabile basato sull'ottimizzazione) consente immagini di movimento in tempo reale tra diverse catene cinematiche, che portano a movimenti intuitivi e simili all'uomo.
Approcci alternativi e confronto di sistemi diversi
Oltre a Twist, ci sono vari altri approcci per il teleobiettivo basato su motion Capture:
Sistemi basati su IMU
Alcuni ricercatori utilizzano sistemi di movimento di movimento (unità di misurazione inerziale) basate su IMU portatili e più economici dei sistemi ottici. Questa tecnologia viene utilizzata, ad esempio, per il teleobiettivo di compiti di manipolazione delle loco in cui si combinano la locomozione e la manipolazione.
Approcci neuronali basati sulla rete
Un approccio alternativo utilizza reti neurali per apprendere un incarico tra i dati del sensore della tuta del movimento e le posizioni angolari del rivestimento del robot. Questo metodo non richiede un precedente modello analitico o matematico del robot e può quindi essere applicato a vari accoppiamenti di robot umano.
Sistemi per parti del corpo specifiche
Oltre ai teleobiettivi a tutto il corpo, esistono anche sistemi specializzati che si concentrano su alcune parti del corpo, come la registrazione del movimento a doppia mano. Questi sistemi svolgono un ruolo importante nel controllo preciso dei robot bimanuali bionici per compiti di manipolazione raffinati.
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Recenti progressi e prospettive future
Lo sviluppo di sistemi di teleoperazione per i robot umanoidi sta progredendo rapidamente. Oltre a Twist, i ricercatori hanno recentemente presentato ulteriori sistemi innovativi:
H2O: da essere umano all'umanoide
Il sistema H2O consente solo la teleobiezione in tempo reale di un robot umanoide completo con una fotocamera RGB. Utilizza una cornice basata su RL e un processo "SIM-to-data" per filtrare e selezionare movimenti adatti per i robot umanoidi.
CHARGHERGY SUPPORTO CELETORIO AR
I ricercatori studiano anche come la realtà aumentata (AR) può supportare i telefoni basati su Mocap. Visualizzando un riferimento virtuale del braccio umano oltre al braccio del robot, gli utenti possono comprendere meglio le immagini di movimento.
Ki e Motion Capture: The Future of Human-Robot Interaction
Il teleobiettivo basato su motion Capture di robot umanoidi si è sviluppato considerevolmente negli ultimi anni. Sistemi come Twist Mark significativi progressi rendendo possibile per il robot di eseguire movimenti full -body simili a umani in tempo reale.
La combinazione di tecnologia di motion cattura e metodi AI avanzati come l'apprendimento del rinforzo e la clonazione del comportamento apre nuove opportunità per l'interazione umana. I robot umanoidi ora possono non solo eseguire movimenti isolati, ma anche azioni coordinate a full -body che consentono una maggiore abilità ed espressione.
In futuro, queste tecnologie potrebbero espandere significativamente l'uso di robot umanoidi in ambienti pericolosi, con compiti di manipolazione complessi e in contesti sociali. Il continuo miglioramento della precisione, della robustezza e dell'amicizia dei sistemi di teleoperazione aiuterà a ridurre ulteriormente il divario tra le capacità umane e l'esecuzione robotica.
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