Аспиранты Технологического института Джорджии построили первую роботизированную систему для рисования граффити, которая имитирует плавность движений человека. Удачно названная GTGraffiti, система использует технологию захвата движения для записи движений человека при рисовании, а затем составляет и обрабатывает жесты для программирования робота с тросовым приводом, который распыляет граффити.

Проект был разработан доктором робототехники. студент Джерри Чен в сотрудничестве с Хуаном-Диего Флоресом, сокурсником-аспирантом; Фрэнк Делларт, профессор робототехники в Школе интерактивных вычислений; Сет Хатчинсон, профессор и заведующий кафедрой робототехники KUKA; и Санг-вон Ли, доцент Школы промышленного дизайна. Рецензируемое исследование системы роботов , проведенное группой , будет опубликовано в материалах Международной конференции по робототехнике и автоматизации в июне 2022 года.

Как это работает

Чтобы робот мог рисовать в человеческом стиле, и робот, и искусство должны быть разработаны с учетом друг друга — по крайней мере, на данный момент. Система GTGraffiti состоит из трех этапов: захват изображения, аппаратное обеспечение робота, планирование и контроль.

Во-первых, команда использует технологию захвата движения для записи рисунков людей-художников — стратегия, которая позволяет понять типы движений, необходимые для создания произведений искусства, окрашенных аэрозольной краской. Для этого исследования Чен и его команда пригласили двух художников нарисовать алфавит в стиле граффити с пузырьковыми буквами. Когда каждый художник рисовал, они записывали движения руки художника по холсту, а также движения самого баллончика с краской. Захват траекторий руки и баллончика с краской имеет решающее значение для того, чтобы робот мог рисовать, используя те же слои, композицию и движение, что и художник-человек.

Затем команда обработала данные, чтобы проанализировать каждое движение на предмет скорости, ускорения и размера, и использовала эту информацию для следующего этапа — проектирования робота. Принимая во внимание эти данные, а также портативность и точность, необходимые для произведения искусства, они решили использовать робота с тросовым приводом. Роботы с тросовым приводом, такие как Skycams, используемые на спортивных стадионах для съемки с аэрофотосъемки, примечательны тем, что могут масштабироваться до больших размеров. Робот работает на системе кабелей, двигателей и шкивов. Робот команды в настоящее время установлен на стальной раме высотой 9 на 10 футов, но Чен говорит, что должна быть возможность установить его непосредственно на плоскую конструкцию практически любого размера, например, на стену здания.

На третьем этапе композиция художника преобразуется в электрические сигналы. В совокупности фигуры образуют библиотеку цифровых символов, которые можно запрограммировать в любом размере, перспективе и комбинации для создания слов, которые робот будет рисовать. Человек-художник выбирает формы из библиотеки и использует их для создания произведения искусства. Для этого исследования команда решила нарисовать буквы «ATL».

Как только команда выбирает последовательность и положение символов, они используют математические уравнения для создания траекторий, по которым должен следовать робот. Эти алгоритмически созданные пути гарантируют, что робот рисует с правильной скоростью, местоположением, ориентацией и перспективой. Наконец, пути преобразуются в двигательные команды для выполнения.

Со всеми вычислениями и конкурирующими движениями двигатели робота потенциально могут работать друг против друга, угрожая разорвать робота на части. Чтобы решить эту проблему, центральный контроллер робота запрограммирован на пересчет команд двигателя 1000 раз в секунду, чтобы робот мог работать безопасно и надежно. После сборки робот может нарисовать произведение искусства в стиле человека-художника граффити.

Почему Искусство? Почему граффити?

Некоторые из наиболее типичных отраслей для применения робототехники включают производство, биомедицину, автомобилестроение, сельское хозяйство и армию. Но искусство, как оказалось, может продемонстрировать робототехнику особенно ярко.

«Искусство, особенно рисование или танец, иллюстрирует некоторые из самых сложных и тонких движений, которые могут совершать люди», — сказал Чен. «Поэтому, если мы хотим создать роботов, которые могут делать высокотехнологичные вещи, которые делают люди, то создание роботов, которые могут танцевать или рисовать, является отличной целью. Это типы навыков, которые демонстрируют экстраординарные способности роботов, а также могут применяться во множестве других приложений».

На личном уровне Чен мотивирован своей надеждой на то, что люди будут воспринимать роботов как полезных для человечества, а не видеть в них похитителей рабочих мест или сущностей, вызывающих чувство страха, печали или обреченности, как это часто изображается в фильмах.

«Граффити — это форма искусства, которая по своей сути предназначена для массового просмотра», — сказал Чен. «В этом отношении я надеюсь, что мы сможем использовать граффити, чтобы передать эту идею — что роботы, работающие вместе с людьми, могут внести положительный вклад в общество».

Будущие направления

В настоящее время планы Чена и его команды относительно робота сосредоточены вокруг двух основных направлений: сохранение и развитие искусства. С этой целью в настоящее время они экспериментируют с воспроизведением предварительно записанных форм в разных масштабах и проверяют способность робота красить большие поверхности. Эти способности позволят роботу рисовать увеличенные версии оригинальных работ в разных географических точках и для художников, которые физически не могут заниматься рисованием распылением на месте. Теоретически художник сможет нарисовать произведение искусства в одной части мира, а бот GTGraffiti — в другом месте.

В будущем Чен надеется использовать GTGraffiti для захвата художников, рисующих граффити в дикой природе. С захваченными данными движения GTGraffiti сможет воспроизвести произведение искусства, если оно когда-либо будет закрашено или уничтожено.

«Робот не сам создает искусство, а скорее работает вместе с человеком-художником, чтобы позволить ему достичь большего, чем без робота», — сказал Чен.

Чен предполагает, что система роботов в конечном итоге будет иметь возможности, позволяющие взаимодействовать художнику и роботу в реальном времени. Он надеется разработать технологию, которая позволит художнику, стоящему у подножия здания, рисовать граффити распылением краски в небольшом пространстве, в то время как робот с тросовым приводом копирует картину гигантскими мазками, например, на стене здания.

«Мы надеемся, что наше исследование поможет художникам создавать произведения искусства, которые, выполненные сверхчеловеческим роботом, передают сообщения более мощно, чем любое произведение, которое они могли бы физически нарисовать сами», — сказал Чен.