Mengapa sulit sekali berjalan?

Setidaknya, dengan dua kaki. Asimo , salah satu robot humanoid paling terkenal, sudah mampu berjalan, meskipun sepertinya tidak melakukan ini dengan sangat stabil. Dan ini adalah hasil terbaru.

Sejauh yang saya tahu, kaki pada dasarnya adalah sistem non-linear banyak-dimensi, teori kontrol mereka adalah di suatu tempat di perbatasan "sangat keras" dan "tidak mungkin".

Tetapi, misalnya, pesawat terbang memiliki banyak dimensi dan non-linier yang sama, meskipun demikian, pilot otomatis mengendalikannya dengan cukup baik beberapa dekade yang lalu. Mereka cukup dipercaya untuk menceritakan kehidupan ratusan manusia yang hidup kepada mereka.

Apa perbedaan mendasar, apa yang membuat berjalan begitu keras, sementara pesawat mengendalikan begitu mudah?

Saya tidak yakin saya setuju bahwa bipedal berjalan jauh lebih sulit daripada kontrol pesawat. Itu tergantung pada bagaimana Anda melihatnya.

Banyak robot dapat berjalan (bipedal berjalan) dan banyak pesawat terbang sulit dikendalikan karena karakteristik penerbangan mereka atau kondisi penerbangan. Lebih mudah bagi robot untuk berjalan dalam kondisi bagus. Ada banyak kondisi cuaca yang terlalu sulit untuk dikendalikan oleh pesawat terbang. Kadang-kadang beberapa dari pesawat itu dengan ratusan orang jatuh karena hal ini.

Tapi mari kita fokus pada apa yang membuat penggerak bipedal pada robot menjadi sulit, dan mengapa robot berjalan tidak ada di rumah semua orang karena saya pikir itu adalah pertanyaan Anda yang sebenarnya.

Berjalan membutuhkan pemahaman dan reaksi terhadap bagaimana lingkungan dan gravitasi akan menerapkan kekuatan pada, dan menggerakkan, tubuh Anda. Kebanyakan robot berjalan mengukur orientasi semua bagian mereka dan memiliki sensor inersia (seperti telinga bagian dalam Anda) yang memberi tahu mereka bagaimana mereka berorientasi pada gravitasi, dan sehingga mereka dapat memprediksi (dan mengendalikan) pengaruh gravitasi pada gerakan mereka.

Memahami bagaimana lingkungan akan menerapkan kekuatan kepada Anda lebih sulit. Berjalan di permukaan yang keras dan mulus itu mudah karena Anda bisa membuat asumsi tentang seperti apa kontak antara kaki dan lantai itu, dan seperti apa gesekan di antara mereka. Banyak robot berjalan akan memiliki sensor gaya-torsi di pergelangan kaki untuk membantu mengukur kontak ini. Beberapa akan memiliki sensor kontak di telapak kaki.

Jika Anda mencoba berjalan di permukaan yang tidak teratur atau tidak stabil, itu menjadi jauh lebih sulit. Anda tidak dapat lagi membuat asumsi, tetapi harus memperkirakan secara real time apa gesekan kontak itu. Ini sulit dilakukan tanpa sensor yang tepat, dan jika robot dirancang dengan banyak asumsi tentang lingkungan berjalan dalam pikiran, ia akan mengalami kesulitan di lingkungan yang berbeda. Jika Anda memperkirakan gesekan dan penyangga kaki salah, robot tergelincir dan jatuh.

Itu kontak kaki ... tapi tentu saja, ketika kita menavigasi melalui lingkungan yang kita gunakan untuk stabilitas, kita mungkin bersandar pada sesuatu untuk sementara, dan kita menabrak sesuatu dan pulih dari itu. Jika Anda melihat penelitian yang dilakukan dalam robot humanoid, Anda akan melihat bahwa berbagai proyek telah menyelidiki (dan sampai tingkat tertentu, menyelesaikan) semua masalah ini.

Sekarang pikirkan hal-hal yang menyebabkan jalan Anda gagal. Bibir kecil yang tidak Anda lihat di ambang pintu akan membuat Anda tersandung. Sebuah langkah yang berbeda ketinggian dari yang lain dapat menyebabkan Anda tersandung. Permukaan tempat Anda berdiri yang runtuh akan menyebabkan Anda kehilangan keseimbangan. Robot berjalan yang baik harus memahami dan mengendalikan semua hal ini. Jadi, kita tidak hanya perlu kontrol untuk berjalan, dan kontrol untuk pemulihan pengecualian, tetapi juga persepsi dan model lingkungan yang baik untuk memprediksi di mana kita perlu mengubah kontrol kita menjadi pendekatan yang berbeda dan lebih tepat.

Masalahnya menjadi sangat kompleks. Ini bukan masalah kontrol, itu sistem total persepsi, perencanaan, refleks, dan kontrol yang perlu dirancang. Setiap tahun kami membuat kemajuan, tetapi ada lebih banyak kemajuan yang diperlukan dalam menciptakan sistem dengan semua sensor, fusi sensor, pemrosesan dan aktuasi yang diperlukan untuk penggerak bipedal yang baik di lingkungan manusia.

Mengapa sulit sekali berjalan? Jika saya harus memilih satu, saya akan mengatakan bahwa persepsi adalah area yang paling membutuhkan pekerjaan, bukan kontrol.

Pertama, Anda harus memperhitungkan simbol yang sangat kuat: $

Penelitian selalu bertentangan dengan $, dan sangat sulit untuk mendapatkan semua dana yang Anda inginkan. Sementara itu, industri pesawat terbang memperoleh keuntungan sebesar $ 33 Bbb-billllllllion pada 2016. Itu banyak uang untuk bekerja dengan, dan banyak alasan untuk memberikannya kepada orang-orang yang dapat membuat sistem otomatis untuk skenario terburuk seperti ketidakmampuan pilot, dll.

Ada juga waktu. Bertahun-tahun dan banyak orang telah dihabiskan bekerja di pesawat terbang dan menyempurnakan tujuan tunggal mereka membuat orang bergerak di langit.

Secara akademis, ini merupakan set masalah yang berbeda. Pesawat terbang, seperti disebutkan, telah menjadi area pengembangan yang berkelanjutan untuk (relatif terhadap mesin berjalan) dalam waktu yang sangat lama. Semuanya mulai dari landing gear hingga kontrol dorong hingga manipulasi aileron telah dikerjakan secara ekstensif dan ditingkatkan secara modular; dengan demikian bukan proses 'dari awal' untuk mengotomatisasi prosedur ini.

Namun, berjalan mungkin tugas yang lebih rumit. Pertama, ada keseimbangan. Tubuh manusia membutuhkan jutaan demi jutaan tahun untuk merekayasa, dan kita memiliki semua mekanik yang tepat di bawah kulit untuk memutar pergelangan kaki kita dengan cara ini atau itu, dll. Meniru mekanisme ini cukup sulit, tetapi mengajarkan robot untuk (pada skala waktu yang tepat) ) memahami dan bereaksi terhadap keseimbangan itu sulit. Lalu kami menambahkan pada masalah medan. Berjalan menaiki beberapa anak tangga atau bukit berbatu, menyeimbangkan diri Anda menjadi semakin sulit. Dan dalam berjalan, Anda mengangkat kaki, biarkan diri Anda pada dasarnya jatuh beberapa inci ke depan, dan kemudian tangkap diri Anda, segera menyeimbangkan, memegang pijakan, dan sudah mengangkat kaki Anda yang lain.

Yang sedang berkata, saya pikir Anda mungkin kehilangan beberapa kemajuan keren di sektor robot berjalan, dan Anda mungkin tertarik dengan video Boston Dynamics INI .

Beberapa menit, dan Anda pasti akan melihat skala prestasi mekanik dan teknologi ini.

Robot bipedal pada dasarnya tidak stabil - ketukan kecil akan membuatnya jatuh.

Sebuah pesawat komersial pada dasarnya stabil - embusan angin kecil mungkin memindahkannya, tetapi akan tetap terbang dengan cara yang benar ke atas dan tidak hanya jatuh ke langit.

Meskipun pesawat dengan stabilitas santai memang ada, tetapi untuk stabilitas santai itu hanya baru-baru ini mereka dapat dikontrol menggunakan sistem kontrol otomatis yang cukup rumit, dan bahkan kemudian mereka tidak seperti tidak stabil seperti robot bipedal.

Berjalan dinamis

Alasan mengapa berjalan biped lebih sulit adalah karena simulasi-fisika seperti manusia seperti box2d, havok dll adalah konsep baru relatif dalam sejarah komputer. Game yang dikenal luas pertama yang menggunakan mesin fisika adalah Angry Birds (2009). Kemudian datanglah simulator QWOP dan lainnya.

Penelitian pertama dilakukan di MIT Lab di bawah Marc Raibert. Dia tidak hanya membangun robot satu kaki, tetapi juga menciptakan animasi komputer yang memenuhi persyaratan SIGGRAPH 1991. Kemudian, Boston Dynamics juga pertama kali mengembangkan simulasi fisika dalam algoritma baru yang diuji. Mesin permainan pertama untuk pasar konsumen yang mendukung karakter berjalan adalah NaturalMotion Euphoria yang diprogram sekitar tahun 2000. Saat itu, perangkat keras komputer tidak cukup cepat untuk mensimulasikan fisika secara waktu nyata. Kontroler biped di atas mesin fisika hanya dapat ditemukan jika simulasi bekerja dengan cepat.

Autopilots di pesawat terbang

Adalah salah bahwa autopilot untuk pesawat terbang ada atau mereka mampu mendaratkan Boeing A380. Bahkan drone militer saat ini seperti X-47B membutuhkan manusia-in-the-loop untuk pendaratan ( Pelajaran yang dipelajari selama uji pengembangan pesawat x-47b, halaman 21 "Operator misi bekerja langsung dengan coders untuk mengembangkan / memvalidasi rencana"). Hanya di dunia punk-punk, pesawat terbang otonom tersedia dan bekerja dengan baik.