Исследователи из Вашингтонского университета недавно разработали новый протокол для обучения роботов и проверки их работоспособности при выполнении задач, связанных с манипулированием объектами. Этот протокол, представленный в статье, опубликованной в IEEE Robotics and Automation Letters , основан на кубике Рубика, известной трехмерной комбинированной головоломке, изобретенной венгерским скульптором и архитектором Эрно Рубиком.

В одном из своих предыдущих исследований команда внимательно изучила, как роботы приобретают навыки последовательного манипулирования, например, необходимые для работы с кубиком Рубика. В своих экспериментах они наблюдали несоответствие между тем, что люди и роботы считают сложными при выполнении 3D-головоломки.

«Для нас, людей, сложно решить, какие движения нужно сделать, чтобы собрать кубик Рубика, но нам довольно легко физически манипулировать кубиком и крутить его по желанию», — Болинг Янг, один из исследователей, проводивших исследование.  «Для роботов все наоборот. Роботам требуется всего несколько секунд, чтобы выполнить основанный на поиске алгоритм, который может определить последовательность ходов, которые соберут куб. Однако выполнение отдельных манипуляций в реальном мире требует меньше времени. сантиметровая точность позиционирования».

Научиться манипулировать кубиком Рубика может быть очень сложно для роботов, поскольку оно включает в себя серию последовательных движений. Это означает, что отдельные ошибки, которые совершает робот, могут накапливаться, влияя на его общую производительность при выполнении задачи.

Ян и его коллеги считают, что накопление ошибок является ключевой проблемой, влияющей на производительность роботов в последовательных задачах манипулирования. Поскольку кубик Рубика включает в себя последовательные манипуляции, они предлагают использовать головоломку для оценки манипулятивных навыков роботов и сравнения их с навыками других роботизированных систем.

«Работа с кубиком Рубика требует достаточной точности, особенно при длинных последовательностях манипуляций», — сказал Ян. «Поэтому способность робота правильно и быстро манипулировать кубиком Рубика свидетельствует о высокой производительности манипулирования. В нашем протоколе требуется, чтобы робот выполнял последовательность манипуляций с кубиком Рубика как можно быстрее».

Протокол, разработанный Янгом и его коллегами, оценивает как скорость, так и точность робота при сборке кубика Рубика. В рамках своего исследования исследователи продемонстрировали его потенциал и применимость в серии тестов.

В первом тесте они использовали его для оценки двух базовых алгоритмических методов улучшения манипулятивных навыков робота с использованием PR2, роботизированной платформы, разработанной Willow Garage. Впоследствии команда наметила ряд шагов, которые позволили бы другому известному роботу по имени Херб собрать кубик Рубика. Это подтвердило, что их протокол можно применять к различным роботизированным платформам.

«Роботы могут получить высокие баллы по нашему протоколу, успешно выполняя большое количество манипуляций и/или сводя к минимуму время, необходимое для выполнения манипуляций», — пояснил Ян. «Таким образом, наш протокол устанавливает базовый уровень, с которым другие исследователи могут сравнивать свои системы».

В будущем протокол, разработанный Янгом и его коллегами, можно будет использовать для оценки различных вычислительных методов, позволяющих манипулировать роботами, и сравнивать их скорость, точность и общую эффективность. Кроме того, первоначальные выводы команды показывают, что протокол хорошо обобщается на различных роботизированных платформах.

«Мы считаем, что наличие такого стандарта позволит исследователям робототехники более четко определить направления прогресса в манипулировании роботами», — добавил Ян. «Что касается более широкой аудитории , то кубик Рубика понятен и даже приятен для просмотра почти всем, поэтому он может служить воротами для знакомства учащихся с робототехникой. Сейчас мы заинтересованы в приглашении исследователей, специализирующихся в разных областях, таких как как датчики, планирование и проектирование манипуляторов, чтобы протестировать наш эталон и использовать его для улучшения манипулирования роботами с точки зрения точности и скорости».