كل شيء في المعصم: يد الروبوت الموفرة للطاقة تتعلم كيف لا تسقط الأشياء
تعتبر القدرة على تناول الأشياء ذات الأحجام والأشكال والقوام المختلفة مسألة في منتهى البساطة بالنسبة لبنى البشر غير إنها تمثل تحديًا للروبوتات، لمعالجة هذه المشكلة، ابتكر باحثون من جامعة كامبريدج يدًا روبوتية تتمتع بمرونة ولياقة فائقة.
صمم الباحثون يدًا آلية منخفضة التكلفة وموفرة للطاقة يمكنها الإمساك بمجموعة من الأشياء – وعدم إسقاطها – فقط باستخدام حركة معصمها والشعور في “جلدها”.
اليد المبتكرة ناعمة مطبوعة ثلاثية الأبعاد لا يمكنها تحريك أصابعها بشكل مستقل ولكن لا يزال بإمكانها تنفيذ مجموعة من الحركات المعقدة.
تم تدريب اليد الروبوتية على الإمساك بأشياء مختلفة وتمكنت من التنبؤ بما إذا كانت ستسقطها باستخدام المعلومات التي توفرها أجهزة الاستشعار الموضوعة على “جلدها”.
هذا النوع من الحركة السلبية يجعل التحكم في الروبوت أسهل بكثير وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة من الروبوتات ذات الأصابع الآلية بالكامل. يقول الباحثون إن تصميمهم القابل للتكيف يمكن استخدامه في تطوير روبوتات منخفضة التكلفة قادرة على الحركة بشكل أكثر طبيعية ويمكنها تعلم الإمساك بمجموعة واسعة من الأشياء. تم نشر النتائج في مجلة Advanced Intelligent Systems .
في العالم الطبيعي، تنتج الحركة من التفاعل بين الدماغ والجسم: وهذا يمكّن الناس والحيوانات من التحرك بطرق معقدة دون إنفاق كميات غير ضرورية من الطاقة. على مدار السنوات العديدة الماضية، بدأت المكونات اللينة في الاندماج في تصميم الروبوتات بفضل التطورات في تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، والتي سمحت للباحثين بإضافة التعقيد إلى الأنظمة البسيطة الموفرة للطاقة.
اليد البشرية معقدة للغاية، وإعادة تكوين كل براعتها وقدرتها على التكيف في إنسان آلي يمثل تحديًا بحثيًا هائلاً. معظم الروبوتات المتقدمة اليوم ليست قادرة على التعامل مع المهام التي يمكن للأطفال الصغار القيام بها بسهولة. على سبيل المثال، يعرف البشر غريزيًا مقدار القوة التي يجب استخدامها عند التقاط بيضة، ولكن بالنسبة للروبوت، فإن هذا يمثل تحديًا: قوة كبيرة، ويمكن أن تتحطم البيضة؛ القليل جدًا، ويمكن للروبوت أن يسقطها. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب يد الروبوت كاملة التشغيل، مع محركات لكل مفصل في كل إصبع، قدرًا كبيرًا من الطاقة.
في مختبر الروبوتات Bio-Inspired للبروفيسور Fumiya Iida في قسم الهندسة في كامبريدج، طور الباحثون حلولًا محتملة لكلتا المشكلتين: يد روبوت يمكنها استيعاب مجموعة متنوعة من الأشياء بالقدر الصحيح من الضغط مع استخدام قدر ضئيل من الطاقة.
قال المؤلف المشارك الدكتور توماس جورج ثروثل، الذي يعمل الآن في جامعة كوليدج لندن (UCL): “في تجارب سابقة، أظهر مختبرنا أنه من الممكن الحصول على نطاق كبير من الحركة في يد إنسان آلي فقط عن طريق تحريك الرسغ”. ) الشرق . ” أردنا أن نرى ما إذا كانت يد الروبوت القائمة على الحركة السلبية لا تستطيع فقط الإمساك بالأشياء، ولكنها ستكون قادرة على التنبؤ بما إذا كانت ستسقط الأشياء أم لا، والتكيف وفقًا لذلك. ”
استخدم الباحثون يد مجسمة مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد مزروعة بأجهزة استشعار تعمل باللمس، حتى تتمكن اليد من استشعار ما كانت تلمسه. كانت اليد قادرة فقط على الحركة السلبية القائمة على المعصم.
أجرى الفريق أكثر من 1200 اختبار باليد الآلية، مع ملاحظة قدرته على الإمساك بالأشياء الصغيرة دون إسقاطها. تم تدريب الروبوت في البداية باستخدام كرات بلاستيكية صغيرة مطبوعة ثلاثية الأبعاد ، وتمكّن من إمساكها باستخدام إجراء محدد مسبقًا تم الحصول عليه من خلال العروض البشرية.
قال المؤلف الأول الدكتور كيران جيلداي ، الذي يعمل الآن في EPFL في لوزان، سويسرا: “هذا النوع من اليد لديه القليل من المرونة: يمكنه التقاط الأشياء بنفسه دون أي تحرك للأصابع “. “تمنح المستشعرات اللمسية للإنسان الآلي إحساسًا بمدى جودة القبضة، لذا فهو يعرف متى يبدأ في الانزلاق. وهذا يساعدها على التنبؤ بمتى ستفشل الأمور “.
استخدم الروبوت التجربة والخطأ لمعرفة نوع القبضة التي ستنجح. بعد الانتهاء من التدريب بالكرات، حاول بعد ذلك الإمساك بأشياء مختلفة بما في ذلك الخوخ وماوس الكمبيوتر ولفافة الفقاعات. في هذه الاختبارات، تمكنت اليد من استيعاب 11 عنصرًا من 14 عنصرًا بنجاح.
قال جورج ثوروثل: “إن المستشعرات التي تشبه جلد الروبوت تقيس الضغط الذي يتم تطبيقه على الجسم” . “لا يمكننا أن نقول بالضبط ما هي المعلومات التي يحصل عليها الروبوت، ولكن يمكنه نظريًا تقدير مكان التقاط الجسم ومقدار القوة.”
قال جيلداي: “يتعلم الروبوت أن مزيجًا من حركة معينة ومجموعة معينة من بيانات المستشعر سيؤدي إلى الفشل، مما يجعله حلاً قابلاً للتخصيص”. “اليد بسيطة للغاية، لكنها يمكن أن تلتقط الكثير من الأشياء بنفس الإستراتيجية.”
قال إيدا: “الميزة الكبيرة لهذا التصميم هي مدى الحركة التي يمكننا الحصول عليها دون استخدام أي مشغلات” . “نريد تبسيط اليد قدر الإمكان. يمكننا الحصول على الكثير من المعلومات الجيدة ودرجة عالية من التحكم بدون أي مشغلات، لذلك عندما نضيفها، سنحصل على سلوك أكثر تعقيدًا في حزمة أكثر كفاءة. ”
اليد الروبوتية كاملة التشغيل، بالإضافة إلى كمية الطاقة التي تتطلبها، هي أيضًا مشكلة تحكم معقدة. التصميم السلبي لليد المصممة من كامبردج، باستخدام عدد صغير من أجهزة الاستشعار، يسهل التحكم فيه ، ويوفر نطاقًا واسعًا من الحركة، ويبسط عملية التعلم.
في المستقبل، يمكن توسيع النظام بعدة طرق ، مثل إضافة قدرات رؤية الكمبيوتر، أو تعليم الروبوت لاستغلال بيئته، مما سيمكنه من استيعاب مجموعة أكبر من الكائنات.
تم تمويل هذا العمل من قبل UK Research and Innovation (UKRI)، و Arm Ltd فوميا إيدا زميلة في كلية كوربوس كريستي، كامبريدج.
