Робот с человеческими рефлексами

Новый интерфейс «человек-машина» позволяет роботу сохранять равновесие, используя человеческие рефлексы 25 Август 2015, 09:50
В подвале третьего корпуса Массачусетского технологического института (MIT) проводятся испытания шагающего робота HERMES. Робот пробивает гипсокартон, сминает алюминиевые банки из-под напитков, переворачивает мусорные баки, и как заправский каратис ломает пополам доски. Однако это не его собственные действия — в нескольких метрах от него аспирант Жоао Рамос (Joao Ramos) стоит на платформе, одетый в экзоскелет, увешанный проводами и двигателями. Каждое движение Рамоса передается непосредственно роботу HERMES, будто кукловод управляет своей куклой. Когда Рамос совершает движение удара кулаком по стене, робот делает то же самое. Когда кулак робота ударяет по стене, Рамос ощущает толчок в районе поясницы. Рефлекторно он наклоняется назад, вызывая такое же движение робота, что уравновешивает робота по отношению к силе его удара.
Эти упражнения предназначены для демонстрации уникального интерфейса обратной связи робота. Без этого интерфейса, когда робот ударяет кулаком по стене, он падает на стену «головой» вперед. Интерфейс позволяет человеку дистанционно ощущать смещающийся вес робота, и быстро выправлять равновесие робота путем смещения собственного веса. В результате робот может выполнять задачи, которые реализуются с помощью кинетической энергии – удары кулаком об стену или раскачивание биты – сохраняя при этом равновесие.
Аспирант Жоао Рамос демонстрирует интерфейс обратной связи по равновесию, систему, которая позволяет оператору управлять равновесием и движением робота при помощи экзоскелета и моторизованной платформы
Рамос говорит, что интерфейс передает рефлексы человека за долю секунды, что дает роботу возможность гораздо быстрее реагировать, чем роботам, которые выравнивают свое равновесие на основе визуальной обратной связи при помощи встроенных камер.
«Обработка изображений обычно очень медленна, поэтому роботу сложно реагировать вовремя, — говорит Рамос, работающий на факультете машиностроения MIT. — Вместо этого мы использовали естественные человеческие рефлексы и координацию. Пример — ходьба, которая является процессом падения и выхода из него. Движения, которые мы легко совершаем, сложно динамически и эффективно запрограммировать роботу. Мы хотим исследовать, как люди могут передавать более сложные действия роботу». Рамос и его коллеги представляют будущее использование робота HERMES в районах бедствий, где робот будет исследовать область, будучи управляем человеком-оператором с удаленного места.
«Нами разработан костюм, который покрывает все тело, и видеоочки, и мы можем чувствовать и видеть все, что делает робот, и наоборот, — говорит Рамос. — Мы планируем, что робот начнет двигаться на четырех конечностях, затем встанет на две ноги, чтобы выполнить сложные манипуляционные задачи, такие как открывание двери или устранение препятствий».
Исследователи с факультета машиностроения МТУ разработали интерфейс, который передает человеческие рефлексы за долю секунды, позволяя антропоморфному роботу сохранять равновесие и выполнять задания
Чтобы дать человеку-оператору чувство равновесия робота, исследовательская группа впервые нашла способ вычислить биомеханический центр давления робота (распределение веса), что облегчает управление равновесием и стабильностью. Исследователи работали с роботом собственной разработки HERMES, вес которого составляет чуть менее 50 килограммов, при помощи модуля, использующегося в ходе ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Они установили на «ноги» робота датчики нагрузки, которые измеряют давление, с которым каждая из ног воздействует на опорную поверхность.
В зависимости от измеренной силы, исследователи вычислили центр давления робота (точку смещения веса). Затем они вычертили многоугольную область, ребра которой соответствуют каждой из ног робота. Они определили, что при смещении центра давления робота по направлению к ребрам этого многоугольника, возникает опасность падения робота.
Затем исследователи создали интерфейс обратной связи по равновесию: большая многоугольная платформа, на которой размещены двигатели, и экзоскелет, который крепится к поясу человека – по сути, центру массы человеческого тела. При помощи компьютерной программы исследователи передавали параметры центра давления робота двигателям на платформе, которая прилагала сопоставимое усилие на костюм, толкая человека назад и вперед при смещении веса робота.
Это исследование частично финансировалось Агентством оборонных перспективных исследовательских проектов (DARPA).