A Rubik-kocka kirakása önmagában is több lépésből álló feladat, egy kéz nélküli, négylábú robot számára azonban különösen összetett műveletsor. Az ETH Zürich Robotikai Rendszerek Laboratóriumának (Robotic Systems Lab – RSL) bemutatójában az ANYmal-D robot egy közel 4,6 kilogrammos Rubik-kockát rakott ki a lábaival, miközben az egyensúlyát is meg kellett őriznie.
A módszert pedipulációnak nevezik, ami tárgyak lábakkal történő manipulálását jelenti. A feladat nem csak a megfelelő forgatások végrehajtásából állt: a robotnak érzékelnie kellett a kocka állapotát, meg kellett terveznie a szükséges lépéseket, majd fizikailag is végre kellett hajtania azokat úgy, hogy közben az egyensúlyát is megőrizze.
A kocka kirakásához tervezésre és precíz mozgásra volt szükség
A folyamat első lépése a Rubik-kocka állapotának felmérése volt. A robotnak fel kellett ismernie a kocka hat oldalán található színeket, majd ezek alapján meg kellett határoznia a kiinduló állapotot, amihez számítógépes látást és színosztályozást alkalmaztak.
A következő feladat a kirakáshoz szükséges forgatások megtervezése volt. Ehhez a fejlesztők egy Kociemba-féle megoldóalgoritmust használtak, amely meghatározta a kocka kirakásához szükséges lépéssorozatot. A robot így nem találomra forgatta a kockát, hanem a kiszámított megoldást hajtotta végre a fizikai környezetben.
Ez jelentette a legnagyobb műszaki kihívások egyikét. Mivel az ANYmal-D nem rendelkezik kezekkel, a lábaival kellett megfognia és elforgatnia a kocka megfelelő rétegeit, miközben a többi lábával megtartotta a testét. Egy-egy forgatás során elegendő erőt és nyomatékot kellett kifejtenie a kívánt réteg elmozdításához, miközben megakadályozta a többi réteg véletlen elfordulását.
A mozgások végrehajtása ezért folyamatos alkalmazkodást igényelt. A robotnak pontosan kellett pozicionálnia a lábait, kezelnie kellett a kockával való érintkezésből eredő erőket, és fenn kellett tartania az egyensúlyát.
Megerősítéses tanulás segítette a robot mozgásvezérlését
A fejlesztők a mozgásvezérléshez megerősítéses tanulást, szimulációt és úgynevezett tanár-diák képzést kombináltak. A megközelítés lényege, hogy a robot nem kizárólag előre rögzített mozgásutasításokat követ, hanem a tanulási folyamat során sajátítja el a feladat végrehajtásához szükséges mozgásmintákat.
Ez különösen fontos olyan helyzetekben, amikor a robotnak egyszerre kell alkalmazkodnia a tárgy fizikai tulajdonságaihoz és saját testének mozgásához. Egy rosszul kivitelezett forgatás megváltoztathatja a kocka állapotát, így korrekcióra vagy akár a folyamat újrakezdésére is szükség lehet. A rendszer ezért a kocka állapotának folyamatos követésére is támaszkodott, hogy ellenőrizze a végrehajtott lépéseket, és szükség esetén korrigálhassa a hibákat.
Az ANYmal-D mindhárom próbálkozás során sikeresen kirakta a Rubik-kockát. Egy-egy megoldás 8–9 percet vett igénybe, és körülbelül 30 különálló robotműveletből állt.
Ipari környezetben is hasznos lehet a pedipuláció
A kísérlet jelentősége túlmutat a Rubik-kocka kirakásán. A fejlesztés azt szemlélteti, hogy a négylábú robotok a lábaik szokatlan használatával olyan fizikai feladatokat is elvégezhetnek, amelyekhez egyébként külön manipulátorokra vagy más eszközökre lenne szükség.
A technika lehetséges alkalmazásai közé tartozhat például ajtók nyitása, szelepek kezelése vagy akadályok elmozdítása. Ezek a képességek különösen olyan környezetekben lehetnek hasznosak, ahol a robotoknak nemcsak közlekedniük és adatokat gyűjteniük kell, hanem fizikai beavatkozásokat is végre kell hajtaniuk.
A megközelítés ipari ellenőrzési és karbantartási feladatokban, valamint kutatási-mentési műveletek során szintén hasznos lehet. A lábak ilyen jellegű használata csökkentheti a külön eszközök iránti igényt, és rugalmasabbá teheti a robotok alkalmazását.
Az ETH Zürich bemutatója ugyanakkor egy konkrét feladat sikeres végrehajtását igazolja, de önmagában nem bizonyítja, hogy a módszer már ipari környezetben is széles körben alkalmazható. Az eredmények arra utalnak, hogy a négylábú robotok mozgásvezérlésének és tárgymanipulációs képességeinek fejlesztése új gyakorlati alkalmazások előtt nyithat utat.
Forrás: Interesting Engineering
Borítókép: Adobe Stock
