Mae ymchwilwyr yn Ysgol Cyfrifiadureg Prifysgol Carnegie Mellon a Phrifysgol California, Berkeley wedi dylunio system robotig sy'n galluogi robot cost isel gyda choesau cymharol fach i ddringo a disgyn grisiau yn agos at ei uchder, croesi creigiog, llithrig, Anwastad, serth a thirwedd amrywiol. Cannwyll pontydd, pilio creigiau a chyrbiau, a hyd yn oed gweithio yn y tywyllwch.
“Mae rhoi’r gallu i robotiaid bach ddringo grisiau a thrin amrywiaeth o amgylcheddau yn hanfodol i ddatblygu robotiaid sy’n ddefnyddiol yng nghartrefi pobl, yn ogystal ag mewn gweithrediadau chwilio ac achub,” meddai Deepak Pathak, athro cynorthwyol yn y Sefydliad Roboteg . Robotiaid sy'n gallu cyflawni llawer o dasgau bob dydd."
Rhoddodd y tîm y robot ar brawf, gan ei brofi ar risiau anwastad a llethrau mewn parciau cyhoeddus, ei herio i gamu dros gerrig sarn ac arwynebau llithrig, a gofyn iddo ddringo grisiau oherwydd ei fod mor dal â bod dynol yn neidio dros rwystr. Mae'r robot yn dibynnu ar ei weledigaeth a chyfrifiadur bach ar fwrdd y llong i addasu a meistroli tir heriol yn gyflym.
Hyfforddodd yr ymchwilwyr y robotiaid gyda 4,000 clon mewn efelychydd, lle buont yn ymarfer cerdded a dringo ar dir heriol. Mae cyflymder yr efelychydd yn caniatáu i'r robot ennill chwe blynedd o brofiad mewn un diwrnod. Roedd yr efelychydd hefyd yn storio sgiliau echddygol a ddysgwyd yn ystod hyfforddiant yn y rhwydwaith niwral, a ailadroddodd yr ymchwilwyr ar y robot go iawn. Nid yw'r dull hwn yn gofyn am unrhyw beirianneg â llaw o gynnig y robot -- yn wahanol i ddulliau traddodiadol.
Mae'r rhan fwyaf o systemau robotig yn defnyddio camerâu i greu map o'u hamgylchoedd ac yn defnyddio'r map hwn i gynllunio symudiadau cyn gweithredu. Mae'r broses yn araf, ac mae problemau'n codi'n aml oherwydd amwysedd, anghywirdebau, neu gamddealltwriaeth sy'n gynhenid yn y cyfnod mapio, sy'n effeithio ar gynllunio a symud dilynol. Mae mapio a chynllunio yn ddefnyddiol mewn systemau sy'n canolbwyntio ar reolaeth lefel uchel, ond nid ydynt bob amser yn addas ar gyfer gofynion deinamig sgiliau lefel isel, megis cerdded neu redeg ar dir heriol.
Mae'r system newydd yn osgoi'r camau mapio a chynllunio ac yn cyfeirio mewnbwn gweledol yn uniongyrchol i reolaeth y robot. Mae'r hyn y mae'r robot yn ei weld yn pennu sut mae'n symud. Ni nododd hyd yn oed yr ymchwilwyr sut y dylai'r coesau symud. Mae'r dechnoleg hon yn caniatáu i'r robot ymateb yn gyflym i dirwedd sy'n dod tuag ato a symud drwyddo'n effeithlon.
Oherwydd nad oes angen mapio na chynllunio, a bod dysgu â pheiriant yn cael ei ddefnyddio i hyfforddi symudiadau, gall y robotiaid eu hunain fod yn rhad. Mae'r robot a ddefnyddiodd y tîm o leiaf 25 gwaith yn rhatach na'r dewisiadau eraill presennol. Mae gan algorithm y tîm y potensial i wneud robotiaid cost isel ar gael yn ehangach.
Dywedodd Ananye Agarwal, myfyriwr doethuriaeth mewn dysgu peirianyddol yn SCS: "Mae'r system yn defnyddio gweledigaeth ac adborth gan y corff yn uniongyrchol fel mewnbwn i orchmynion allbwn i moduron y robot. Mae'r dechneg hon yn gwneud y system yn gadarn iawn yn y byd go iawn. Os bydd yn llithro ar y grisiau, gall wella. Gall fynd i amgylcheddau anhysbys ac addasu."
Mae'r weledigaeth uniongyrchol hon o reolaeth wedi'i hysbrydoli'n fiolegol. Mae bodau dynol ac anifeiliaid yn defnyddio gweledigaeth i symud. Ceisiwch redeg neu gydbwyso gyda'ch llygaid ar gau. Mae ymchwil blaenorol y tîm wedi dangos y gall robotiaid dall (y rhai heb gamerâu) oresgyn tir heriol, ond gall ychwanegu gweledigaeth a dibynnu arno wella'r system yn fawr.
Edrychodd y tîm hefyd ar fyd natur am elfennau eraill o'r system. I robot bach llai na throedfedd o daldra i ddringo grisiau neu rwystrau yn agos at ei uchder, dysgodd fabwysiadu'r cynigion y mae bodau dynol yn eu defnyddio i gamu dros rwystrau uchel. Pan fydd yn rhaid i berson godi ei goesau yn uchel i ddringo gris neu rwystr, mae'n defnyddio'r cluniau i symud y coesau allan o'r ffordd, a elwir yn gipio ac adduction, sy'n rhoi mwy o le iddo. Mae'r un peth yn wir am y system robotig a ddyluniwyd gan dîm Pathak, sy'n defnyddio cipio clun i oresgyn rhwystrau sy'n dal rhai o'r systemau robotig coes mwyaf datblygedig ar y farchnad yn ôl.
Roedd symudiad coesau ôl y pedwarplyg hefyd wedi ysbrydoli'r tîm. Pan fydd cath yn symud trwy rwystr, mae ei goesau ôl yn osgoi'r un gwrthrychau â'i goesau blaen, heb gymorth pâr o lygaid cyfagos. "Mae gan anifeiliaid pedair coes gof sy'n galluogi eu coesau ôl i olrhain eu coesau blaen. Mae ein system yn gweithio mewn ffordd debyg," meddai Pathak. Mae cof ar fwrdd y system yn galluogi'r coesau cefn i gofio beth mae'r camera blaen yn ei weld a symud i osgoi rhwystrau.
"Oherwydd nad oes map, dim cynllunio, mae ein system yn cofio'r dirwedd a sut mae'n symud ei goesau blaen, ac yn trosi hynny i'w goesau cefn, ac yn ei wneud mor gyflym ac mor berffaith," meddai Ashish Kumar, Ph.D. myfyriwr yn Berkeley. Gallai'r ymchwil hwn fod yn gam mawr tuag at ddatrys heriau presennol gyda robotiaid coesau a dod â nhw i gartrefi pobl.