Yürümek neden bu kadar zor?

En azından iki ayak üzerinde. En iyi bilinen insansı robotlardan biri olan Asimo , bunu çok istikrarlı görmese de , zaten yürüyebiliyor. Ve bu yeni bir sonuçtur.

Bildiğim kadarıyla, bacaklar aslında çok boyutlu doğrusal olmayan sistemlerdir, kontrol teorisi "çok zor" ve "imkansız" sınırında bir yerdedir.

Ancak, örneğin, uçaklar benzer şekilde çok boyutlu ve doğrusal değildir, buna rağmen, otomatik pilotlar onları birkaç yıl önce yeterince iyi kontrol ediyorlar. Yüzlerce yaşayan insanın hayatını onlara güvenmek için yeterince güvenilirler.

Temel fark nedir, uçak çok kolay kontrol ederken yürümeyi zorlaştıran nedir?

İki ayaklı yürüyüşün uçak kontrolünden çok daha zor olduğunu kabul ettiğimden emin değilim. Bu ona nasıl baktığınıza bağlıdır.

Birçok robot yürüyebilir (iki ayaklı yürüme) ve birçok uçağın uçuş özellikleri veya uçuş koşulları nedeniyle kontrol edilmesi zordur. Robotların güzel koşullarda yürümesi daha kolaydır. Birçok uçağın kontrol altına alınması için çok zor hava koşulları vardır. Bazen yüzlerce insanın bulunduğu bu uçakların bir kısmı bu nedenle düşer.

Ancak, robotlarda iki ayaklı hareketliliği neyin zorlaştırdığına ve gerçek robotun bu olduğunu düşündüğümden beri yürüyen robotların neden herkesin evinde olmadığına odaklanalım.

Yürüme, çevrenin ve yerçekiminin vücudunuza nasıl kuvvet uygulayacağı ve hareket edeceği konusunda anlayış ve tepki gerektirir. Çoğu yürüyen robot, tüm parçalarının yönünü ölçer ve yerçekimi ile nasıl yönlendirildiklerini anlatan eylemsiz bir sensöre (iç kulağınız gibi) sahiptir ve böylece yer çekiminin hareketleri üzerindeki etkisini tahmin edebilir (ve kontrol edebilir).

Ortamın size nasıl kuvvet uygulayacağını anlamak daha zordur. Sert ve pürüzsüz bir yüzeyde yürümek kolaydır, çünkü ayak ve zemin arasındaki temasın nasıl olduğu ve aralarındaki sürtünmenin ne olduğu hakkında varsayımlar yapabilirsiniz. Birçok yürüyen robot, bu kontakları ölçmeye yardımcı olmak için ayak bileğinde bir kuvvet-tork sensörüne sahip olacaktır. Bazılarında ayağın tabanında temas sensörleri bulunur.

Düzensiz veya dengesiz bir yüzeyde yürümeye çalışırsanız, çok daha zor hale gelir. Artık varsayımlarda bulunamazsınız, bunun yerine gerçek zamanlı olarak kişinin sürtünmesinin ne olduğunu tahmin etmeniz gerekir. Bunu doğru sensörler olmadan yapmak zordur ve eğer robot yürüme ortamı hakkında bir dizi varsayımla tasarlandıysa, farklı bir ortamda zor zamanlar geçirecektir. Sürtünme ve ayak desteğinin yanlış olduğunu tahmin ederseniz, robot kayar ve düşer.

Bu ayak teması ... ama elbette, bir ortamda dolaştığımızda istikrar için ellerimizi kullanırız, geçici olarak bir şeye yaslanabiliriz ve bir şeylere çarpıp ondan kurtuluruz. İnsansı robot biliminde yapılan araştırmaya bakarsanız, farklı projelerin tüm bu sorunları araştırdığını (ve bir dereceye kadar çözdüğünü) göreceksiniz.

Şimdi yürüyüşünüzün başarısız olmasına neden olan şeyleri düşünün. Bir kapı aralığında görmediğiniz küçük bir dudak sizi harekete geçirir. Diğerlerinden farklı bir yükseklik olan bir adım yanılmanıza neden olabilir. Üzerinde çöktüğünüz bir yüzey dengenizi kaybetmenize neden olur. İyi bir yürüyen robot tüm bunları algılamalı ve kontrol etmelidir. Bu nedenle, sadece yürüme için kontrole ve istisna kurtarma için kontrole değil, aynı zamanda kontrolümüzü nerede daha farklı, daha uygun bir yaklaşıma değiştirmemiz gerektiğini tahmin etmek için iyi algı ve çevre modellerine de ihtiyacımız var.

Sorun çok karmaşık bir hal alıyor. Bu bir kontrol sorunu değil, tasarlanması gereken toplam bir algılama, planlama, refleks ve kontrol sistemidir. Her yıl ilerleme kaydediyoruz, ancak insan ortamlarında iyi iki ayaklı hareket için gerekli olan tüm algılama, sensör füzyonu, işleme ve çalıştırma özelliklerine sahip bir sistem oluşturmak için daha fazla ilerleme gerekiyor.

Yürümek neden bu kadar zor? Bir tanesini seçmek zorunda kalsaydım, algılamanın kontrol yerine en çok iş gerektiren alan olduğunu söyleyebilirim.

Öncelikle, tüm güçlü sembolü dikkate almalısınız: $

Araştırma her zaman $ ile tutarsızdır ve istediğiniz tüm fonu elde etmek çok zordur. Bu arada, uçak endüstrisi 2016 yılında 33 $ Bbb-billllllllion kar elde ediyor. Bu, çalışmak için çok para ve pilot iş göremezlik gibi en kötü senaryolar için otomatik sistemler yapabilen insanlara vermek için bolca sebep, vb.

Zaman da var. Yıllar ve insanlar uçaklar üzerinde çalışmak ve insanları gökyüzünde hareket ettirmek için tek hedeflerini mükemmelleştirmek için harcandı.

Akademik olarak, bu farklı bir problem seti. Uçaklar, belirtildiği gibi, (yürüyüş makinelerine göre) çok uzun bir süredir devam eden bir gelişme alanı olmuştur. İniş takımlarından itme kontrolüne ve kanatçık manipülasyonuna kadar her şey kapsamlı ve modüler olarak iyileştirildi; bu nedenle bu prosedürleri otomatikleştirmek 'sıfırdan' bir süreç değildir.

Ancak yürümek belki de daha karmaşık bir iştir. Birincisi, dengeleme var. İnsan vücudu milyonlarca yıl mühendislik yapmak için milyonlarca yıl aldı ve ayak bileğimizi bu şekilde veya bu şekilde döndürmek için tüm uygun mekaniklere sahibiz. Bu mekaniği çoğaltmak yeterince zordur, ancak ) anlamak ve dengeye tepki vermek zordur. Sonra arazi konusunu ekliyoruz. Birkaç merdiven veya kayalık bir tepeye çıkmak, kendinizi dengelemek çok daha zorlaştı. Ve yürürken, bir bacağınızı kaldırırsınız, temelde birkaç inç öne düşmenize izin verirsiniz ve sonra kendinizi yakalar, derhal dengelenir, bir ayaklığı kavrar ve zaten diğer ayağınızı kaldırırsınız.

Varlık Sana robotik yürüyen sektöründe birkaç serin gelişmeleri yakından alakalı anahtar kelimeleri ve ilgisini olabileceğini söyledi BU Boston Dynamics videosu.

Birkaç dakika içinde ve kesinlikle mekanik ve teknolojik başarı ölçeğini göreceksiniz.

İki ayaklı bir robot aslında kararsızdır - küçük bir vuruş onun düşmesine neden olur.

Ticari bir uçak esasen kararlıdır - biraz rüzgar, rotadan uzaklaşabilir, ancak doğru şekilde uçmaya devam edecek ve sadece gökyüzünden düşmeyecektir.

Rahat kararlılığa sahip uçaklar mevcut olmasına rağmen , rahat kararlılık için, ancak son zamanlarda oldukça karmaşık otomatik kontrol sistemleri kullanılarak kontrol edilebiliyorlar ve o zaman bile iki ayaklı bir robot gibi kararsız gibi bir şey değiller.

Dinamik yürüme

İki ayaklı yürümenin daha zor olmasının nedeni, box2d, havok vb.Gibi gerçekçi fizik simülasyonunun bilgisayar tarihçesinde göreceli yeni bir kavram olmasıdır. Bir fizik motoru kullanan ilk yaygın oyun Angry Birds (2009) idi. Daha sonra QWOP simülatörü ve diğerleri geldi.

İlk araştırma Marc Raibert yönetiminde MIT Laboratuarı'nda yapıldı. Sadece tek ayaklı robotu inşa etmekle kalmadı, aynı zamanda SIGGRAPH 1991'in gereksinimlerini karşılayan bir hesaplama yarattı. Daha sonra Boston Dynamics ilk olarak yeni algoritma içinde bir fizik simülasyonu geliştirdi. Yürüme karakterlerini destekleyen tüketici pazarı için ilk oyun motoru, 2000 yılı boyunca programlanan NaturalMotion Euphoria idi. Önceki zamanlar, bilgisayar donanımları fiziği gerçek zamanlı olarak simüle edecek kadar hızlı değildi. Bir fizik motorunun üstündeki iki ayaklı bir denetleyici yalnızca simülasyon makul hızlı çalışırsa icat edilebilir.

Uçaklardaki otomatik pilotlar

Uçaklar için otomatik pilotların olması ya da bir Boeing A380 iniş yapabilmeleri yanlıştır. X-47B gibi mevcut askeri insansız uçaklar bile iniş için bir döngü içinde insanlara ihtiyaç duyarlar ( x-47b uçağının gelişim testi sırasında alınan dersler, sayfa 21 "Görev operatörleri planı geliştirmek / doğrulamak için doğrudan kodlayıcılarla çalıştı"). Sadece buhar-punk evreninde, otonom uçaklar mevcuttur ve makul şekilde çalışır.