Походка робота: Ритмы и хаос
Даже простейшие насекомые пользуются своими шестью ногами чрезвычайно умело. Как и другие животные, они способны менять походку, используя одни движения для вползания на склон и другие — для спуска, одни для быстрого передвижения, другие — для медленного. Такими же способностями обладает и робот, созданный группой немецких ученых. Успех их разработки — в ее простоте: небольшая и несложная система с небольшим числом сочленений позволяет роботу использовать весьма разнообразные двигательные паттерны, иначе говоря — походки.
В людей и животных периодические паттерны движений — такие, как дыхание или та же ходьба — контролируются небольшими нервными узлами, генераторами ритмов. Этот же апробированный природой принцип используют и создатели шагающих роботов. До сих пор для каждого вида походки робота приходилось использовать отдельный водитель ритма. Робот получает информацию об окружающей обстановке через набор сенсоров, пытаясь понять нахождение ближайших по ходу движения препятствий, а также наклон поверхности, на которой находится. На основе этой информации он выбирает подходящий для ситуации водитель ритма, который и «задает тон» его движениям.
Новый робот, созданный немецкими инженерами, делает все то же самое, но с использованием одного-единственного генератора ритма, как это делается у животных из плоти и крови. Как нетрудно понять, именно новый водитель ритма является основным достижением ученых — это электронное устройство способно генерировать ритмические «возбуждения»-команды, соответствующие разным типам походки. Секрет его — в подходе, который можно назвать «контроль над хаосом».
Без внешних сигналов водитель ритма генерирует хаотический набор команд. Однако входные данные с датчиков робота модулируют его работу таким образом, что он начинает создавать упорядоченные сигналы, соответствующие нужной походке. При этом конкретные детали связи между входной информацией с внешних сенсоров и паттерном активности, который генерирует электронный водитель ритма, легко перепрограммируются — и, более того, модифицируются самим роботом в ходе обучения.
К примеру, робот сам может научиться наиболее экономной походке для движения в гору — то есть той, при которой его энергозатраты будут минимальны. Начав одолевать наклон, робот получает сообщение о высоком расходе энергии. Тогда управляющая программа начинает варьировать некоторые переменные, определяющие работу водителя ритмов, до тех пор, пока этот показатель не выровняется. Получив подходящий алгоритм, робот запомнит связь между углом наклона и походкой, и в следующий раз автоматически выберет именно ее.
Ученые обещают, что следующая версия их шагающего робота будет оснащена и более вместительной бортовой памятью. Это расширит его возможности: представьте, что роботу нужно перешагнуть через довольно высокое препятствие последовательно всеми своими шестью конечностями. «Пока что, — поясняет один из его создателей, — он на такое неспособен. Как только он сделает первые движения и препятствие исчезнет из поля его обзора, он запутается в дальнейших действиях». Новые версии смогут помнить ситуацию — а значит, получат возможности и планировать свои движения.
Читайте еще об одном мастере ходьбы среди роботов — элегантном трехногом STriDER: «Робот-ходок».
По публикации Science Daily