Кредит: Технический университет Эйндховена
Роботы широко используются в автомобильной промышленности и начали выходить в новые области применения, такие как логистика, в последние несколько лет. Однако современные роботы по-прежнему сталкиваются со многими ограничениями. Обычно они выполняют одно действие или фиксированную последовательность действий, повторяя их каждый раз одинаково.
Чтобы достичь большей эффективности и открыть новые возможности, роботы должны развивать больше человеческих навыков, таких как быстрое физическое взаимодействие, пространственное понимание и быстрая адаптация к изменениям. Технологический университет Эйндховена поговорил с Алессандро Сакконом, доцентом кафедры нелинейного управления и робототехники на кафедре машиностроения в TU/e. Недавно он завершил проект I.AM, который явно фокусируется на продвижении быстрых физических взаимодействий.
Почему роботы, реагирующие на удары, так важны для человечества?
Некоторые работы не особенно подходят для людей с точки зрения безопасности или эргономики. Например, при работе с 20-килограммовым багажом в аэропортах, работе в небезопасных зонах атомной электростанции или работе со сценариями катастроф вы можете предпочесть машину. Существуют также различные планы по отправке их в космос для исследования планет.
Однако роботы по-прежнему статически взаимодействуют с окружающей средой по сравнению с нами: выполнение определенных ключевых задач пока невозможно или выполняется слишком медленно. Вот почему в нашем проекте мы стремились разработать роботов, распознающих удары. Это означает, что робот должен научиться предсказывать и реагировать на то, что происходит, когда он быстро соприкасается с тяжелыми объектами в окружающей среде.
Чем эти роботы отличаются от традиционных роботов, которых мы знаем всегда?
Типичные роботы не предназначены для динамического взаимодействия с окружающей средой; быстрый контакт с окружением, как правило, избегается любой ценой. В литературе по робототехнике есть очень много научных работ, посвященных предотвращению столкновений.
В проекте I.AM мы вместо этого нацелились на эксплуатацию столкновений. Мы изучали, как роботы могут, например, быстро поднимать тяжелые предметы, гарантируя, что выполнение этого типа движения остается надежным, несмотря на помехи и неточности восприятия. Объект может быть тяжелее, чем ожидал робот, или он предполагает, что объект находится в определенном месте, но это немного не так — может быть, даже на несколько сантиметров. Как вы делаете эти движения надежными, несмотря на такую неопределенность? Это одна из вещей, которую мы глубоко исследовали.
С практической точки зрения, какие основные виды деятельности были включены в ваш проект?
Проект использовал вычисления первопринципной физики, используя такие базовые концепции, как масса и трение, а также программное моделирование для выявления несоответствий между математическими моделями и реальными событиями. Хотя моделирование никогда не может идеально воспроизвести поведение робота, мы улучшили и, что самое важное, поняли, как по-прежнему использовать эти алгоритмы для управления роботами.
Мы сделали это, проводя измерения в реальном времени роботов, взаимодействующих с различными объектами в разных сценариях. Это итеративный цикл, в котором вы разрабатываете и внедряете теоретический алгоритм управления роботом в симуляции, оцениваете результаты и сравниваете их с реальными результатами.
Можете ли вы выделить некоторые ключевые выводы из этого проекта?
Мы обнаружили, как сделать так, чтобы робот надежно и быстро захватывал тяжелый объект двумя руками, разработав новый алгоритм управления, который учитывает естественную динамику удара. Мы также поняли, как использовать программное моделирование для получения прогнозов, которые можно использовать для этой цели или других задач удара.
Работая над этим проектом, я также еще больше оценил, насколько естественны для нас, людей, сложные движения и пространственное восприятие. Мы, ученые-исследователи, сейчас очень усердно работаем над разработкой оборудования, пространственным восприятием и планированием, особенно над способностью понимать окружающую среду в реальном времени и быстро решать, что делать дальше, даже в случае неудачи. Это одна из главных задач современной робототехники. Эти действия естественны и интуитивны для нас, но мы не до конца понимаем, как мы их выполняем и как нам следует построить машину с похожими способностями.
Были ли в этом проекте также компании, участвующие?
Да, например, одним из наших партнеров был специалист по автоматизации логистических процессов VanderLande. Это известная и крупная компания из Нидерландов, которая работает по всему миру в различных областях, таких как аэропорты, складирование и обработка посылок. Они предоставили множество реальных примеров использования и идей о том, какие сейчас существуют узкие места в этой области, так называемые боли рынка.
Одним из замечательных аспектов этого сотрудничества было наличие общей лаборатории в кампусе TU/e, что способствовало практическому тестированию и тесному сотрудничеству. Студентам и исследователям это понравилось. Мы провели различные сравнения между реальными и программно-моделированными экспериментами по ударам, а также разработали новые модели присосок для использования в управлении движением и планировании.
Можно ли сказать, что Нидерланды специализируются на робототехнике?
Нидерланды в целом определенно добиваются значительных успехов в области робототехники. Страна давно известна своим вкладом в медицинскую робототехнику, роботизированное обучение и мобильную робототехнику, если называть некоторые из них. Мне нравится думать, что благодаря этому проекту и его международному сотрудничеству мы также добились значительных успехов в робототехнике, учитывающей воздействие.
Эта область исследований, которая, можно сказать, зародилась здесь, привлекла внимание и признание во всем мире. Наш проект сыграл ключевую роль в выдвижении предмета на передний план, и приятно видеть, что наша работа была хорошо принята и признана, в том числе в недавних публикациях.
Проект завершен. Каким вы видите будущее?
Я продолжу исследовать и изучать новые возможности, включая национальное и европейское финансирование. Я рассматриваю последующие проекты, сосредоточенные на областях, которые мы не смогли охватить в этом, таких как быстрое планирование и восприятие. Я также все еще нахожусь в тесном контакте с местными и международными компаниями для изучения дальнейших возможностей сотрудничества. Некоторые из многих студентов, вовлеченных в проект, были наняты в компании, которые были партнерами проекта: все развивается в правильном направлении. Видимость, которую создал этот проект, является одновременно сложной и захватывающей. Хотя это означает жонглирование большим количеством задач, я также с нетерпением жду того, что принесет будущее.
Предоставлено Технологическим университетом Эйндховена
