Publicado em: 20 de maio de 2025 / atualização de: 20 de maio de 2025 - Autor: Konrad Wolfenstein
O sistema Twist: Motion Capture Technology (MOCAP) revoluciona o controle de robôs humanóides: xpert.digital
Sistema de imitação de corpo inteiro teleoperado: interação humana-robô em tempo real, mudamos a tecnologia de robôs
Movimentos humanos para robôs: o potencial do sistema de torção
Os cientistas alcançaram um avanço significativo no desenvolvimento de sistemas de teleooperação para robôs humanóides. Ao usar a tecnologia de captura de movimento, os robôs humanóides agora podem realizar movimentos humanos em tempo real. Essa inovação permite o controle preciso e intuitivo dos robôs, o que é um passo importante para o desenvolvimento de robôs com habilidade completa do corpo. A nova torção do sistema (sistema de imitação de corpo inteiro teleoperado), que transfere os movimentos do corpo inteiro de uma pessoa para um robô, é particularmente notável e, portanto, anuncia uma nova era de interação humana-robô.
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O básico da cirurgia de telefoto baseada em captura de movimento
A teleoperação descreve o controle remoto das máquinas e é particularmente importante na área de robótica. Os sistemas telerobóticos são usados se o espaço de trabalho estiver muito longe, muito pequeno, grande demais ou perigoso demais para os seres humanos. A dissociação espacial entre humanos (operador) e robô (teleoperador) permite operações em várias áreas, como cirurgia minimamente invasiva, descrição da inteligência ou aplicações de espaço.
A tecnologia de captura de movimento (MOCAP) forma a base dos modernos sistemas de teleooperação. Essa tecnologia permite gravações detalhadas e simulações de movimento humano, pelas quais pessoas individuais ou grupos inteiros de pessoas podem ser digitalizados. Os movimentos registrados são processados de forma inteligente e podem ser usados para a animação dos corpos e seus movimentos.
Como funciona a tecnologia de captura de movimento
Na tecnologia de captura de movimento, os movimentos corporais de pessoas reais são perseguidos e registrados com precisão por meio de um traje especial com pontos de marcação e sistemas ópticos. Os dados de movimento de todas as partes do corpo são coletados - não apenas por braços, mãos, pernas e pés, mas também por fuselagem, quadris e cabeça. Esses dados abrangentes são convertidos em comandos usando inteligência artificial (AI) que podem realizar robôs humanóides.
O sistema de torção: um avanço no robô telescópico
O sistema Twist desenvolvido na Universidade de Stanford e na Universidade Simon Fraser é um progresso significativo no Robot Humanóide telefoto.
"Queremos que os humanóides tenham o mesmo nível de habilidades de corpo inteiro que as pessoas", explica Yanjie Ze, primeiro autor de The Twist Study. "Imagine uma cozinha desarrumada. As pessoas podem segurar as coisas com as duas mãos e usar os pés para mover obstáculos, como uma cesta no chão. Os humanos também podem abrir a porta com as laterais do corpo ou dos cotovelos. Queremos que os humanóides sejam capazes de fazer o mesmo imitando as pessoas diretamente."
Implementação técnica de torção
O sistema de torção inclui três componentes essenciais:
- Aquisição e redirecionamento de dados: por redrenciamento offline e on -line, os movimentos humanos são adaptados ao robô. Isso é feito pela transmissão otimizada das posições e orientações da junta 3D, nas quais a orientação do corpo e a colocação dos pés também são adaptados em tempo real.
- Treinamento do controlador na simulação: o Twist usa uma abordagem de dois estágios com uma metodologia de "aluno do professor":
- O controlador "professor" tem acesso privilegiado a movimentos futuros de referência, o que permite planejar movimentos suaves.
- O controlador “aluno” é treinado por uma combinação de aprendizado de reforço (RL) e clonagem de comportamento (BC) e só pode acessar as informações atuais do movimento.
- Controlador de corpo inteiro: o controlador treinado permite que o robô use todos os graus de liberdade enquanto o saldo é mantido ao mesmo tempo. Isso resulta em movimentos mais naturais e humanos.
Nos testes com o robô G1 humanóide da Untere, os pesquisadores descobriram que era suficiente registrar movimentos de corpo inteiro e transferi-los com precisão para as articulações do robô, garantindo que os movimentos dos diferentes membros sejam realizados.
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Desafios na cirurgia de telefoto humanóide
O desenvolvimento de sistemas de teleooperação para robôs humanóides apresenta aos pesquisadores vários desafios complexos:
Ponte a lacuna de modalidade
Um desafio central é a ponte da “lacuna de modalidade”-as diferenças anatômicas entre humanos e robôs. Como os robôs têm outras proporções, configurações conjuntas e propriedades físicas que os seres humanos, a transferência direta de movimentos humanos não é facilmente possível.
Equilíbrio e coordenação de corpo inteiro
O rastreamento humanóide em corpo inteiro não apenas requer o controle preciso das juntas individuais, mas também a manutenção dinâmica do equilíbrio durante movimentos complexos. Nos sistemas convencionais de cirurgia de telefoto, o foco geralmente é apenas em movimentos isolados, como locomoção ou manipulação, enquanto o Twist permite movimentos coordenados do corpo inteiro.
Latência e feedback sensorial
Os sistemas de teleoperação precisam superar problemas como latência (atraso de tempo) e restrições ao feedback sensorial. Esses fatores podem afetar a sincronização de ações humanas com reações robóticas.
Diversas aplicações de telefotia de captura de movimento
A cirurgia telefoto baseada em movimento de robôs humanóides abre numerosos usos possíveis:
Situações perigosas e operações de resgate
Em ambientes perigosos, robôs teleoperados podem ser usados em vez de pessoas, por exemplo, no desvio de explosivos (EOD - descarte explosivo de munições). Entre 2015 e 2020, havia cerca de 2.000 operações de EOD anualmente apenas no Reino Unido, o que ilustra a necessidade de alternativas seguras.
Tarefas complexas de manipulação
Os robôs humanóides podem realizar tarefas complexas de manipulação por meio da teleoperação, por exemplo, em ambientes não estruturados, como cozinhas ou workshops. A capacidade de usar todo o corpo, incluindo braços, mãos, pernas e pés coordenados, oferece vantagens cruciais aqui.
Robótica social e expressividade
Para os robôs sociais humanóides, a capacidade de expressar movimentos expressivos é essencial. O sistema OCRA desenvolvido no MPI (algoritmo de redirecionamento personalizável baseado em otimização) permite imagens de movimento em tempo real entre diferentes cadeias cinemáticas, o que leva a movimentos intuitivos e humanos.
Abordagens alternativas e comparação de diferentes sistemas
Além de torcer, existem várias outras abordagens para cirurgia de telefoto baseada em captura de movimento:
Sistemas baseados em IMU
Alguns pesquisadores usam sistemas de captura de movimento baseados em IMU (unidade de medição inercial) que são portáteis e mais baratos que os sistemas ópticos. Essa tecnologia é usada, por exemplo, para a operação telefoto de tarefas de manipulação de loco, nas quais a locomoção e a manipulação são combinadas.
Abordagens neuronais baseadas em rede
Uma abordagem alternativa usa redes neurais para aprender uma atribuição entre os dados do sensor do processo de captura de movimento e as posições do ângulo do estofamento do robô. Este método não requer um modelo analítico ou matemático anterior do robô e, portanto, pode ser aplicado a vários pares de robôs humanos.
Sistemas para partes do corpo específicas
Além dos sistemas operacionais de telefoto de corpo inteiro, também existem sistemas especializados que se concentram em certas partes do corpo, como a gravação de movimento de dupla mão. Esses sistemas desempenham um papel importante no controle preciso dos robôs bimanuais biônicos para tarefas finas de manipulação.
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Progresso recente e perspectivas futuras
O desenvolvimento de sistemas de teleooperação para robôs humanóides está progredindo rapidamente. Além de torcer, os pesquisadores apresentaram recentemente outros sistemas inovadores:
H2O: humano para humanóide
O sistema H2O permite apenas a telefotia em tempo real de um robô humanóide completo com uma câmera RGB. Ele usa um quadro baseado em RL e um processo "Sim-to-Data" para filtrar e selecionar movimentos adequados para robôs humanóides.
Cirurgia de telefoto apoiada por AR
Os pesquisadores também investigam como a realidade aumentada (AR) pode suportar telefones baseados em MOCAP. Ao visualizar uma referência virtual do braço humano, além do braço do robô, os usuários podem entender melhor as imagens de movimento.
KI e Capture Motion: o futuro da interação humana-robô
A cirurgia telefoto baseada em movimento de robôs humanóides se desenvolveu consideravelmente nos últimos anos. Sistemas como o Twist marcam progresso significativo, possibilitando que o robô realize movimentos completos do corpo humano em tempo real.
A combinação de tecnologia de captura de movimento e métodos avançados de IA, como aprendizado de reforço e clonagem de comportamento, abre novas oportunidades para a interação humana-robô. Os robôs humanóides agora podem não apenas executar movimentos isolados, mas também coordenaram ações completas -que permitem uma habilidade e expressão mais altas.
No futuro, essas tecnologias poderiam expandir significativamente o uso de robôs humanóides em ambientes perigosos, com tarefas complexas de manipulação e em contextos sociais. A melhoria contínua da precisão, robustez e amizade com os sistemas de teleooperação ajudará a reduzir ainda mais a lacuna entre habilidades humanas e execução robótica.
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