Европейские ученые сконструировали робота, который самостоятельно научился ходить и не падать
До сих пор роботы, умеющие ходить на двух ногах, часто падали. Обычно это происходило, когда им приходилось подниматься по наклонной поверхности: они заваливались назад.
Как явствует из статьи в журнале Public Library of Science Computational Biology, пять специалистов по робототехнике: Флорентин Вергеттер, Порамат Манунпонг, Тао Генг, Томас Кульвициус и Бернд Порр – сделали робота, который ходит почти так же быстро, как человек, и не падает.
В нем воспроизведен механизм ходьбы человека и животных, как его описал в 1930-е годы физиолог Николай Бернштейн из России.
Бернштейн, в частности, указывал, что головной мозг включается в процесс регулирования ходьбы, только когда заданные параметры, такие как рельеф или наклон поверхности, меняются.
Остальное время движением управляют локальные нервные цепочки.
В сконструированном учеными роботе под названием Runbot базовые шаги контролируются за счет данных, передаваемых сенсорами на суставах и ступнях машины.
Локальные контрольные устройства не допускают чрезмерного напряжения суставов и выдают команды на начало каждого следующего шага. Они размещены между суставами и позвоночником робота.
Но если рельеф сильно меняется – например, начинается подъем, – то тогда подключаются узлы более высокого уровня, отвечающие за обучение.
“Когда Runbot впервые сталкивается с подъемом, цепочки низкого уровня “решают”, что можно продолжать идти вверх по склону, ничего не меняя. Но это неверное решение, и, как следствие, машина опрокидывается назад. Вот тогда и включаются другие сенсоры, а с ними и высшая, обучающая цепочка. По опыту падения машина понимает, что что-то надо менять”, – объясняет Флорентин Вергеттер из Геттингенского университета.
На своих ошибках робот учится почти так же, как ребенок. ” У маленьких детей активно подключается мозг, когда налаживаются “местные” цепочки, но когда малыши научатся ходить, этот процесс становится автономным”, – говорит Вергеттер.
Ранее созданные шагающие роботы ходят только за счет того, что просчитывают каждый угол и каждую миллисекунду движения.
Runbot от них отличается, говорит Вергеттер: “Технически можно ходить, как эти роботы, но очень неуклюже. Люди так не ходят. А мы хотим, чтобы наш робот ходил, как человек”.
Это значит, что на многих этапах ходьбы движение происходит по инерции.
“Половину цикла ходьбы мы ничего не делаем, просто заваливаемся вперед. Так мы продвигаем себя снова и снова – как пружина”.
Ученые намерены дальше совершенствовать Runbot – ходить быстрее, лучше адаптироваться и лучше предсказывать такие ситуации, как смена рельефа.
| ПОШАГОВОЕ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ
Кадры 1-3: Робот приподнимается на опорной ноге, и моторчик заносит вторую ногу вперед в согнутом положении. Кадр 4: Сенсор растяжения ноги активируется. Коленный сустав распрямляется. Кадры 5-6: Робот естественным образом заваливается вперед (при этом моторные функции не задействуются) и становится на ногу, которая будет опорной при следующем шаге. Кадр 6: Когда нога касается земли, сенсор контакта с землей включает коленный сустав второй ноги. Ноги меняются ролями. |
