Roboti splní úkol i přes poškození konstrukce

Člověk i zvířata si obvykle poradí s částečným poškozením těla a přizpůsobí se. Vědci přišli na učící se algoritmy, díky kterým se dokáže za pár sekund adaptovat i poškozený robot.

Když přijdeme o nohu či ruku a přežijeme to, velmi rychle se s tím dokážeme vyrovnat a přizpůsobit k tomu, abychom mohli v reálném prostředí fungovat i nadále – ať už vylepšením dovedností druhé nohy nebo pomocí jiných nástrojů. Podobně to samozřejmě funguje i u zvířat a dalších organismů.

Schopnost přizpůsobení novým podmínkám je tak klíčovou součástí našeho přežití, díky kterým náš mozek nebo jednodušší neuronová soustava dokáže s větší pravděpodobností přežít i částečné poškození těla. Robotům a strojů tato dovednost chyběla. Až doposud.

Roboti, kteří se dokážou adaptovat

Poškozování je běžnou součástí života nás i strojů. Zatímco organismy si ale s menším poškozením dokážou většinou vyrovnat a fungovat dále, robotické stroje pevně naprogramované na určité úkoly toho schopné nejsou.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
K testu se dostaly dva druhy strojů

Vědci z několika univerzit se tak spojili ve spolupráci vyvinout systém, který by si dokázal poradit s různými druhy poškození vlastní struktury. V tomto případě byly k testu požité dva různé robotické stroje – šestinohý chodící robot a malá robotická paže. Oba roboti měli rozdílené úkoly, které byly jejich „životním“ cílem. Zatímco chodící robot měl dosáhnout co nejvyšší rychlosti přímého pohybu, v případě robotické paže bylo úkolem přemístit míček přesně do připravené misky.

Nejdříve simulace a plnění úkolu bez poškození

Ještě než se pustili do svého úkolu, v rámci simulace a algoritmů si „umělý mozek“ v počítači a virtuálním prostředí vyzkoušel všechny různé kombinace pohybu a ovládání konstrukce pro nejlepší splnění daného úkolu. Všechny různé kombinace si uložil s danou hodnotou do virtuální mapy „efektivity“ pohybu.

Klepněte pro větší obrázek
Simulace nejefektivnějšího pohybu pro splnění úkolu

V reálném prostředí tak oba roboti splnili perfektně své úkoly. Šestinohý robot se dokázal rovnou pohybovat rychlostí 0,25 m/s a robotická paže úspěšně přesunula míček a pustila ho přesně do misky.

Klepněte pro větší obrázek
Výsledná mapa otestovaných způsobů

Jak má robot chodit nebo jak se má robotická paže pohybovat, to nenaprogramovali žádní programátoři, ale roboti se to naučili v rámci zmíněné simulace, kde vyzkoušeli všechny různé kombinace ovládání celé konstrukce a otestovali tak úspěšnost pro splnění úkolu.

Klepněte pro větší obrázek
Nejrychlejší přímý pohyb - 0,25 m/s

Oba příklady učení tak nejsou žádnou novinkou, stejné systémy se používají pro různé systémy – ať už reálné nebo virtuální. Ta nejtěžší zkouška ale teprve následovala.

Různé stupně poškození a rychlá adaptace

Při poškození nebyly stroje schopné dokončit úkol. V případě chodícího robota s jednou poškozenou nohou došlo pouze k posunu na místě a paže s poškozeným jedním motorem pouštěla míček zcela jinde, než měla.

Klepněte pro větší obrázek
I s poškozenou jednou nohou dokázal robot dosáhnout až 96 % původní rychlosti

Vědci ale vyvinuli a nasadili nový algoritmus s označením „Intelligent Trial and Error“, který robotům umožnil stát se „vědci“ v reálném čase a okamžitě vyzkoušet nové kombinace s novými podmínkami a nalézt nové funkční řešení pro splnění úkolu.

Roboti si tak začali sami postupně testovat, jaké formy pohybu by mohli fungovat s největší pravděpodobností. Nově vytvářená mapa tak okamžitě reflektovala nové testy. Nešlo přitom o hloupé zkoušení všech kombinací (to by bylo na dlouho), ale pokud byl například znát větší pokrok při využití předních nohou, automaticky si robot spíše vyzkoušel možnosti s větším využitím předních nohou a podobně. Tímto způsobem se oba roboti dokázali velmi rychle přizpůsobit.

Klepněte pro větší obrázek
Umístění míčku do misky i s poškozenými dvěma motory

V některých případech poškození to byly sekundy, při větších poškozeních pak minuty. Zajímavé je, že například chodící robot dokázal i s jednou poškozenou nohou přijít na nový způsob pohybu, který mu zajistil takřka stejnou rychlost jako bez poškození (0,24 m/s).

Adaptace se samozřejmě týká nejen samotného těla, ale i změn případných okolních podmínek. Třeba pokud by se robot pohyboval na jiném povrchu (bláto vs. stůl), dokázal by během chvilky nalézt způsob pohybu, který by byl třeba efektivnější a tedy rychlejší.

Poradí si se spoustou druhů poškození

Chodící robot si poradil s šesti různými druhy poškození nohou a to včetně dvou zcela chybějících nohou. V případě jedné kombinace chybějící nohy dokonce dokázal využít gravitačního zrychlení při náklonu a přišel na způsob, jak se pohybovat ještě rychleji, než s původními šesti nohami.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Ukázky druhů poškození

Robotická paže si poradila s 14 různými druhy poškození a taktéž i s výpadkem dvou motorů v konstrukci. Oba roboti se novým podmínkám dokázali přizpůsobit během pouhých několika desítek sekund.

Samoopravné stroje se blíží

Úžasná ale stále velmi primitivní ukázka toho, co dokáží algoritmy a učící se systémy. Pokud budeme uvažovat o budoucích komplexních robotech, nejen že si poradí s poškozením, ale určitě si i sami dokáží případnou vadu opravit.

Klepněte pro větší obrázek
Koncept Terminátora už nevypadá tak nereálně, jako v minulém století (Zdroj: Youtube)

Již v minulosti jsme psali například o různých materiálech, které se dokážou samy opravit, podobně jako to zvládne třeba naše tělo v případě kůže a podobně. Téměř nezničitelní roboti, kteří se i sami opraví tak začínají vypadat mnohem reálněji. Jen doufejme, že nás nečeká i budoucnost ve stylu „Terminátora, který plní úkol“.

Témata článku: Technologie, Roboti

49 komentářů

Nejnovější komentáře

  • Haunter 9. 6. 2015 14:29:31
    Pěkné povídání... ale co takhle aspoň trošku nastínit algoritmus a zvýšit...
  • Roman Langer 8. 6. 2015 9:36:25
    Pořád všichni zapomínají na to, že aby byl nějaký mobilní robot skutečně...
  • TrueStory 7. 6. 2015 0:53:20
    Je zcela jasné, že roboti se začnou sami vyvíjet - což udělal i tento...

Určitě si přečtěte


Deset tipů, jak ovládnout Google: Vyhledávejte jako mistři

Deset tipů, jak ovládnout Google: Vyhledávejte jako mistři

** Vyhledávače jsou natolik dobré, že si poradí i s frází v běžné češtině ** Pokud to ale nebude stačit, můžete vyzkoušet pokročilé funkce ** Vybrali jsme ty nejzajímavější

25.  9.  2016 | Jakub Čížek | 19

9 nejlepších programů na úpravu fotek. Placené i zdarma

9 nejlepších programů na úpravu fotek. Placené i zdarma

** Pro běžné úpravy fotek nemusíte pirátit Photoshop, vystačíte si s levnějšími programy ** Ceny pokročilých editorů se většinou vejdou do dvou tisíc korun ** Mnohdy stačí i bezplatné nástroje

26.  9.  2016 | Stanislav Janů | 50

Aby byl signál a internet všude: jak fungují a kde jsou schované antény operátorů

Aby byl signál a internet všude: jak fungují a kde jsou schované antény operátorů

** Základnové stanice BTS mobilních operátorů zdaleka nejsou jen typické kovové stožáry ** Podívejte se na některé nevšední instalace ** Dozvíte se, z čeho se moderní BTS skládá a jak funguje

28.  9.  2016 | David Polesný | 27

Týden Živě: Zvyknou si Češi platit paušál za software?

Týden Živě: Zvyknou si Češi platit paušál za software?

** Zoner vypustil do světa nové Photo Studio. Je za paušál. ** HP nechce neoficiální inkoust ** Koutek časopisu Computer

25.  9.  2016 | Časopis Computer | 65

Pojďme programovat elektroniku: Vyrobím si z drobných součástek vlastní mikropočítač za pár kaček

Pojďme programovat elektroniku: Vyrobím si z drobných součástek vlastní mikropočítač za pár kaček

** Můžete si koupit třeba desku Arduino Uno ** Anebo si složíte celý mikropočítač sami ** Je to snadné jako facka

27.  9.  2016 | Jakub Čížek | 25


Aktuální číslo časopisu Computer

Srovnání výhodných 27" monitorů

Velký test levných rychlých routerů

Jak nastavit Android, aby vás nesledoval

45 podrobných testů a recenzí