Vedci dali humanoidnému robotovi mozog zo starého Androidu za 50 dolárov. Jeho kamery používa ako oči

Na vytvorenie humanoidného robota nepotrebuješ drahé kamery, špecializované senzory ani výkonný počítač za tisíce eur. Vedci z Kalifornskej univerzity v Los Angeles (UCLA) vo svojej štúdii ukázali, že časť tejto výbavy dokáže nahradiť aj starší smartfón. Ich projekt PhoneBot využíva bežné telefóny s Androidom ako oči a výpočtový mozog malého robota, ktorý dokáže chodiť, sledovať ľudí a otáčať kameru bez toho, aby musel meniť smer celého tela.

Robot vznikol ako otvorená platforma pre výskumníkov a nadšencov robotiky. Jeho hardvér stojí približne 370 eur, pričom cena nezahŕňa samotný smartfón. V porovnaní s niektorými malými humanoidnými robotmi určenými na výskum ide o podstatne lacnejšiu alternatívu. PhoneBot meria na výšku 48,3 centimetra a váži len 1,8 kilogramu. O pohyb sa stará 13 servomotorov, ktoré ovládajú nohy a otočný trup. Namiesto drahých špecializovaných komponentov však vývojári stavili na technológie, ktoré už nájdeš v bežnom mobile.

Štyri smartfóny nahradili časť drahej elektroniky

Telefón v tomto projekte neslúži iba na zobrazovanie informácií. Jeho fotoaparát pomáha robotovi rozpoznávať ľudí a sledovať ich pohyb. Zabudovaná inerciálna meracia jednotka, ktorá obsahuje senzory na meranie pohybu a otáčania, poskytuje údaje potrebné na orientáciu a stabilitu pri chôdzi.

Vývojári otestovali štyri telefóny s Androidom. Medzi nimi sa nachádzal aj Honor 9 z roku 2017 a tri lacné modely s cenou približne 45 až 75 eur. Všetky zvládli základné úlohy, napríklad snímanie pohybu, podporu chôdze, vizuálne rozpoznávanie a interakciu s ľuďmi. Jednotlivé modely sa však v niektorých funkciách líšili.

Projekt PhoneBot ukázal, že výskumníci nemusia pre každú robotickú platformu navrhovať vlastný drahý systém na spracovanie obrazu a získavanie údajov zo senzorov. Časť potrebnej výbavy už telefón obsahuje. Smartfón však neovláda všetky súčasti robota priamo. O komunikáciu s motormi sa stará samostatný počítač vo vnútri konštrukcie. Telefón mu cez Wi-Fi posiela bezdrôtové príkazy a riadiaca jednotka ich následne premení na pohyby jednotlivých kĺbov.

Súvisí s tým

Google dal humanoidným robotom nový „mozog“. Gemini Robotics 2 ovláda celé telo a reaguje na nečakané situácie

Každá noha obsahuje šesť poháňaných kĺbov v oblasti bedra, kolena a členka. Ďalší motor otáča trupom spolu s pripevneným telefónom. Práve otočný držiak prináša praktickú výhodu. Keď robot zaznamená človeka, dokáže k nemu nasmerovať kameru bez toho, aby musel otočiť chodidlá a celé telo. Takéto riešenie uľahčuje sledovanie ľudí a ďalšie úlohy založené na vizuálnom vnímaní.

Umelá inteligencia sa musela naučiť správne chodiť

Zostaviť robota, ktorý sa hýbe, ešte neznamená, že sa dokáže pohybovať stabilne. Výskumníci preto pripravili riadiaci systém pomocou metódy zvanej posilňované učenie. Pri nej algoritmus opakovane skúša rôzne pohyby v simulovanom prostredí a získava odmenu za žiaduce správanie. Naopak, nestabilita či nadmerné zaťaženie motorov mu prinášajú horšie hodnotenie. Prvé pokusy odhalili problém, robot pri chôdzi príliš uprednostňoval jednu nohu. Takýto pohyb viedol k nerovnomernému kroku a zhoršoval symetriu chôdze.

Tím preto doplnil tréning o zrkadlovo prevrátené pohyby. Algoritmus sa tak učil aj zo zodpovedajúcich pohybov ľavej a pravej strany tela. Výskumníci tým zlepšili výsledky bez potreby pridávať ďalšie simulačné kroky fyziky.

Rozdiel sa prejavil aj v číslach. Pri piatich nezávislých tréningoch klesla chyba symetrie uhlov kĺbov z 0,254 radiána na 0,003 radiána. Nerovnováha krútiaceho momentu medzi ľavou a pravou stranou sa znížila z 0,205 na 0,034. Rozdiel v mechanickom výkone klesol z 0,339 na 0,040. Tieto výsledky naznačujú, že vhodne navrhnutý tréning dokáže výrazne zlepšiť koordináciu robota. Samotné úspechy v simulácii však ešte nezaručujú bezproblémový pohyb v každom skutočnom prostredí.

Robot sa postaví aj po páde, no má svoje limity

Pri praktických ukážkach PhoneBot predviedol chôdzu, zotavenie z polohy tvárou nadol aj sledovanie človeka pomocou otočnej kamery. Vývojári tak demonštrovali, že lacná platforma zvládne viac než len jednoduché pohyby na diaľkové ovládanie. Robot má napriek tomu viacero obmedzení. Jeho servomotory nedokážu vyvinúť dostatočnú silu na prenášanie ťažších predmetov ani na spoľahlivé vykonávanie dynamických pohybov. Riadiaci systém sa navyše učil chôdzu na rovnom povrchu, takže pohyb po nerovnom teréne zostáva nevyriešenou úlohou.

PhoneBot nemá ani ramená, ktorými by uchopil predmety alebo manipuloval s nástrojmi. Zatiaľ preto ide predovšetkým o platformu na výskum pohybu, vnímania okolia a lacnej robotickej konštrukcie, nie o univerzálneho domáceho pomocníka. Dôležitou vlastnosťou projektu je otvorený zdrojový kód. Výskumníci aj nadšenci môžu platformu reprodukovať, upravovať jej súčasti a skúmať, ako využiť smartfóny pri stavbe robotov.

Výsledky tím zverejnil na serveri arXiv, kde vedci zdieľajú odborné práce ešte pred formálnym recenzovaním alebo popri ňom. PhoneBot tak zatiaľ predstavuje najmä výskumný projekt, no zároveň naznačuje, že pri vývoji dostupnej robotiky netreba vždy začínať drahou špecializovanou elektronikou. Niekedy stačí dať starému telefónu novú úlohu.