Roboti se sami naučili fungovat i s mechanickým poškozením

Člověk i zvířata si obvykle poradí s částečným poškozením těla a přizpůsobí se. Vědci přišli na učící se algoritmy, díky kterým se dokáže za pár sekund adaptovat i poškozený robot.

Když přijdeme o nohu či ruku a přežijeme to, velmi rychle se s tím dokážeme vyrovnat a přizpůsobit k tomu, abychom mohli v reálném prostředí fungovat i nadále – ať už vylepšením dovedností druhé nohy nebo pomocí jiných nástrojů. Podobně to funguje u zvířat a dalších organismů, schopnost přizpůsobit se je klíčovou podmínkou přežití. Robotům a strojům tato dovednost chyběla. Až doposud.

Roboti, kteří se dokážou adaptovat

Poškozování je běžnou součástí života nás i strojů. Zatímco organismy si ale s menším poškozením dokážou často vyrovnat a fungovat dále, stroje pevně naprogramované na určité úkoly toho schopné nejsou. Vědci z několika univerzit spolupracují na systému, který by si dokázal poradit s různými druhy poškození vlastní struktury. 

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
K testu byli požiti dva roboti s různou „životní náplní“. Chodící robot měl dosáhnout co nejvyšší rychlosti přímého pohybu, robotická paže měla za úkol přemístit míček do připravené misky.

Nejdříve simulace a plnění úkolu bez poškození

Než se pustili do svého úkolu, v rámci simulace a algoritmů si „umělý mozek“ v počítači a virtuálním prostředí vyzkoušel všechny různé kombinace pohybu a ovládání konstrukce pro nejlepší splnění daného úkolu. Všechny různé kombinace si uložil s danou hodnotou do virtuální mapy „efektivity“ pohybu.

Klepněte pro větší obrázek
Simulace nejefektivnějšího pohybu pro splnění úkolu

V reálném prostředí tak oba roboti splnili perfektně své úkoly. Šestinohý robot se dokázal rovnou pohybovat rychlostí 0,25 m/s a robotická paže úspěšně přesunula míček a pustila ho přesně do misky.

Klepněte pro větší obrázek
Výsledná mapa otestovaných způsobů

Jak má robot chodit nebo jak se má robotická paže pohybovat neurčili programátoři, ale roboti se to naučili v rámci simulace, kde vyzkoušeli různé kombinace ovládání vlastní konstrukce. Oba příklady učení tak nejsou žádnou novinkou, stejné systémy se používají pro různé systémy – ať už reálné nebo virtuální. Ta nejtěžší zkouška ale teprve následovala.

Různé stupně poškození a rychlá adaptace

Při poškození nebyly stroje schopné dokončit úkol. V případě chodícího robota s jednou poškozenou nohou došlo pouze k posunu na místě a paže s poškozeným jedním motorem pouštěla míček zcela jinde, než měla.

Klepněte pro větší obrázek
I s poškozenou jednou nohou dokázal robot dosáhnout až 96 procent původní rychlosti

Vědci ale vyvinuli a nasadili nový algoritmus s označením „Intelligent Trial and Error“, který robotům umožnil stát se „vědci“ v reálném čase a okamžitě vyzkoušet nové kombinace s novými podmínkami a nalézt nové funkční řešení pro splnění úkolu.

Roboti si začali sami sebe testovat, jaké formy pohybu by mohly fungovat s největší pravděpodobností. Nově vytvářená mapa tak okamžitě reflektovala nové testy. Nešlo přitom o hloupé zkoušení všech kombinací (to by bylo na dlouho), ale pokud byl například znát větší pokrok při využití předních nohou, automaticky si robot spíše vyzkoušel možnosti s větším využitím předních nohou a podobně. Tímto způsobem se oba roboti dokázali velmi rychle přizpůsobit.

Klepněte pro větší obrázek
Umístění míčku do misky i s poškozenými dvěma motory

V některých případech poškození to byly sekundy, při větších poškozeních pak minuty. Zajímavé je, že například chodící robot dokázal i s jednou poškozenou nohou přijít na nový způsob pohybu, který mu zajistil takřka stejnou rychlost jako bez poškození (0,24 m/s).

Adaptace se samozřejmě týká nejen samotného těla, ale i změn případných okolních podmínek. Třeba pokud by se robot pohyboval na jiném povrchu (bláto vs. stůl), dokázal by během chvilky nalézt způsob pohybu, který by byl třeba efektivnější a tedy rychlejší.

Poradí si se spoustou druhů poškození

Chodící robot si poradil s šesti různými druhy poškození nohou a to včetně dvou zcela chybějících nohou. V případě jedné kombinace chybějící nohy dokonce dokázal využít gravitačního zrychlení při náklonu a přišel na způsob, jak se pohybovat ještě rychleji, než s původními šesti nohami.

Robotická paže si poradila s 14 různými druhy poškození a taktéž i s výpadkem dvou motorů v konstrukci. Oba roboti se novým podmínkám dokázali přizpůsobit během pouhých několika desítek sekund.

Samoopravné stroje se blíží

Úžasná ale stále velmi primitivní ukázka toho, co dokáží algoritmy a učící se systémy. Pokud budeme uvažovat o budoucích komplexních robotech, nejen že si poradí s poškozením, ale určitě si i sami dokáží případnou vadu opravit.

Již v minulosti jsme psali například o různých materiálech, které se dokážou samy opravit, podobně jako to zvládne třeba naše tělo v případě kůže a podobně. Téměř nezničitelní roboti, kteří se i sami opraví tak začínají vypadat mnohem reálněji. Jen doufejme, že nás nečeká i budoucnost ve stylu „Terminátora, který plní úkol“.

Témata článku: Technologie

1 komentář

Nejnovější komentáře

  • michalf.rs 23. 6. 2015 15:02:18
    No to je sice moc pekny, ale zatim neumi ani chodit a delat uplne zakladni...
Určitě si přečtěte