Полезть в карман, чтобы достать телефон, кажется, не так уж и сложно. Однако для робота это так. Как и многие обычные жесты, которые мы принимаем как должное, на самом деле это очень сложно. Для этого требуются большие движения руки, за которыми следуют более тонкие движения руки, чтобы схватить и вытащить телефон.

Манипуляции с роботами сегодня обычно сосредоточены на движениях либо руки робота , либо ловкой руки, но редко того и другого одновременно. Робототехники Даниэль Ракита, который часто работает над роботизированными руками, и Аарон Доллар, специалист по захвату роботов, недавно объединились для проекта, объединяющего их области знаний. Работа будет представлена ​​на Международной конференции по робототехнике и автоматизации (ICRA) 2023 года. Она проходит в Лондоне с 29 мая по 2 июня и является одной из крупнейших конференций по робототехнике в мире. Ватсал Патель, доктор философии. кандидат в лаборатории Доллара, является ведущим автором.

«В конце концов, если вы хотите видеть роботов в домах, рядом с людьми и для выполнения сложных задач , нам нужны роботизированные руки и кисти для совместной работы», — сказал Патель.

Объединение движений руки и кисти долгое время было приоритетом для сообщества робототехники, но эта цель сопряжена с рядом серьезных проблем. Части роботизированной системы, которыми вы можете управлять, называются степенями свободы . Чем больше степеней свободы, тем больше вы можете делать с роботом, однако это также увеличивает сложность системы. Это, по словам Ракиты, «своего рода компромисс».

Для своей роботизированной руки Ракита и Доллар разработали алгоритмы, которые могут справиться с такой многомерной системой, чтобы получить оптимальное количество свободы и контроля. Одним из преимуществ наличия дополнительных степеней свободы на уровне руки, а также на уровне руки является то, что робот может совершать более плавные движения и лучше ориентироваться в окружающей среде.

«Например, если вы представляете робота, который может дотянуться до ящика, и вы не хотите, чтобы его предплечье опиралось на сам ящик, возможно, робот мог бы использовать свои пальцы, чтобы просто дотянуться до чего-то в ящике, избегая при этом столкновений». — сказала Ракита, доцент кафедры информатики.

Интуитивно понятно, что сочетание рук и рук позволяет роботам делать больше вещей. Но из-за дополнительной сложности, связанной с их объединением, отмечает Патель, роботизированные руки и кисти всегда изучались как отдельные подсистемы.

«Я думаю, что это был первый случай, когда кто-то объединил их в единую модель и количественно охарактеризовал ее преимущества», — сказал Патель.

Большие степени свободы добавляют манипулятивности, гибкости и общей ловкости. Это также означает, что у роботизированной системы есть более надежные решения, из которых она может выбирать для выполнения задачи. Это требует более сложного программного обеспечения для определения наилучших возможных движений. То есть вам нужны правильные алгоритмы, чтобы выделить эти движения среди всех остальных — «неограненных бриллиантов». В случае с единой системой рук и кистей исследователей по мере увеличения степеней свободы росло и качество решений.

«Это говорит о том, что наши алгоритмы способны определять важные критерии, и, что более важно, сложные руки и кисти действительно могут координировать свои действия для достижения более эффективных совместных движений», — сказал Ракита.

Ракита сказал, что результаты их работы могут стать трамплином для размышлений о том, какие преимущества можно получить, ища другие подобные алгоритмы. Он добавил, что у этой работы есть потенциал для использования в системе с несколькими роботами для выполнения задач в среде, ориентированной на человека.

«Многое из того, что мотивирует меня в робототехнике, которой я занимаюсь, — это уход по дому и медицинские задачи», — сказал он. «Мне бы хотелось, чтобы это использовалось, скажем, в сценарии по уходу на дому , где робот мог бы помогать с работой по дому или приготовлением пищи для людей, которые хотят стареть на месте дома, но им просто нужна небольшая помощь по дому.»

Патель подчеркнул, что проект является лишь отправной точкой.

«Мы показываем, что унифицированная стратегия манипулирования работает в этой конкретной установке на различных руках и кистях, но здесь все еще есть большой потенциал для захватывающей работы в этой области», — сказал он.

В целом, по словам Ракиты, система показывает, чего можно добиться благодаря сотрудничеству между различными группами робототехники, которое часто происходит в Йельском университете.

«У нас был момент озарения, который происходит, когда вы соединяете эти идеи вместе, и мы получили этот гештальт-эффект, когда сумма частей больше, чем целое», — сказал он. «Тогда шестерни начали работать».