Penyelidik di Sekolah Sains Komputer Carnegie Mellon University dan University of California, Berkeley telah mereka bentuk sistem robotik yang membolehkan robot kos rendah dengan kaki yang agak kecil memanjat dan menuruni tangga yang hampir dengan ketinggiannya, merentasi berbatu, licin, Tidak rata, curam dan rupa bumi yang pelbagai. Jambatan jurang, kupas batu dan sekatan, dan juga berfungsi dalam gelap.
"Memberi robot kecil keupayaan untuk menaiki tangga dan mengendalikan pelbagai persekitaran adalah penting untuk membangunkan robot yang berguna di rumah orang ramai, serta dalam operasi mencari dan menyelamat," kata Deepak Pathak, penolong profesor di Institut Robotik. . Robot yang boleh melakukan banyak tugas harian."
Pasukan itu menguji robot itu, mengujinya di tangga yang tidak rata dan lereng bukit di taman awam, mencabarnya untuk melintasi batu loncatan dan permukaan licin, dan memintanya memanjat tangga kerana ia setinggi manusia yang melompat melepasi halangan. Robot itu bergantung pada penglihatannya dan komputer onboard kecil untuk menyesuaikan diri dengan cepat dan menguasai rupa bumi yang mencabar.
Para penyelidik melatih robot dengan 4,000 klon dalam simulator, tempat mereka berlatih berjalan dan mendaki di kawasan yang mencabar. Kelajuan simulator membolehkan robot memperoleh pengalaman enam tahun dalam satu hari. Simulator juga menyimpan kemahiran motor yang dipelajari semasa latihan dalam rangkaian saraf, yang ditiru oleh penyelidik pada robot sebenar. Pendekatan ini tidak memerlukan sebarang kejuruteraan manual bagi gerakan robot -- tidak seperti kaedah tradisional.
Kebanyakan sistem robotik menggunakan kamera untuk mencipta peta persekitaran mereka dan menggunakan peta ini untuk merancang pergerakan sebelum pelaksanaan. Prosesnya perlahan, dan masalah sering timbul disebabkan oleh kekaburan, ketidaktepatan, atau salah faham yang wujud dalam fasa pemetaan, yang menjejaskan perancangan dan pergerakan seterusnya. Pemetaan dan perancangan berguna dalam sistem yang memfokuskan pada kawalan peringkat tinggi, tetapi tidak selalunya sesuai untuk permintaan dinamik kemahiran peringkat rendah, seperti berjalan atau berlari di kawasan yang mencabar.
Sistem baharu ini memintas peringkat pemetaan dan perancangan dan secara langsung mengarahkan input visual kepada kawalan robot. Apa yang robot lihat menentukan cara ia bergerak. Malah para penyelidik tidak menyatakan bagaimana kaki harus bergerak. Teknologi ini membolehkan robot bertindak balas dengan cepat terhadap rupa bumi yang akan datang dan bergerak melaluinya dengan cekap.
Kerana tiada pemetaan atau perancangan diperlukan, dan pembelajaran mesin digunakan untuk melatih pergerakan, robot itu sendiri boleh menjadi kos rendah. Robot yang digunakan oleh pasukan itu sekurang-kurangnya 25 kali lebih murah daripada alternatif sedia ada. Algoritma pasukan mempunyai potensi untuk menjadikan robot kos rendah tersedia secara meluas.
Ananye Agarwal, seorang pelajar kedoktoran dalam pembelajaran mesin di SCS, berkata: "Sistem ini menggunakan penglihatan dan maklum balas daripada badan secara langsung sebagai input kepada arahan output kepada motor robot. Teknik ini menjadikan sistem ini sangat teguh di dunia nyata. Jika ia tergelincir di tangga, Ia boleh pulih. Ia boleh pergi ke persekitaran yang tidak diketahui dan menyesuaikan diri."
Visi kawalan langsung ini diilhamkan secara biologi. Manusia dan haiwan menggunakan penglihatan untuk bergerak. Cuba berlari atau mengimbangi dengan mata tertutup. Penyelidikan pasukan sebelum ini telah menunjukkan bahawa robot buta (yang tanpa kamera) boleh menakluki rupa bumi yang mencabar, tetapi menambah penglihatan dan bergantung padanya boleh meningkatkan sistem dengan banyak.
Pasukan itu juga melihat kepada alam semula jadi untuk elemen lain sistem. Untuk robot kecil kurang daripada satu kaki tinggi untuk memanjat tangga atau halangan yang hampir dengan ketinggiannya, ia belajar untuk menggunakan gerakan yang digunakan manusia untuk melangkah melepasi halangan yang tinggi. Apabila seseorang perlu mengangkat kakinya tinggi untuk memanjat anak tangga atau halangan, ia menggunakan pinggul untuk menggerakkan kaki keluar dari jalan, dipanggil penculikan dan penambahan, yang memberikan lebih banyak ruang. Perkara yang sama berlaku untuk sistem robotik yang direka oleh pasukan Pathak, yang menggunakan penculikan pinggul untuk mengatasi halangan yang menghalang beberapa sistem robot berkaki paling maju di pasaran.
Pergerakan kaki belakang berkaki empat juga memberi inspirasi kepada pasukan. Apabila seekor kucing bergerak melalui halangan, kaki belakangnya mengelak objek yang sama seperti kaki hadapannya, tanpa bantuan sepasang mata yang berdekatan. "Haiwan berkaki empat mempunyai ingatan yang membolehkan kaki belakang mereka menjejaki kaki hadapan mereka. Sistem kami berfungsi dengan cara yang sama," kata Pathak. Memori on-board sistem membolehkan kaki belakang mengingati perkara yang dilihat oleh kamera hadapan dan bergerak untuk mengelakkan halangan.
"Oleh kerana tiada peta, tiada perancangan, sistem kami mengingati rupa bumi dan cara ia menggerakkan kaki hadapannya, dan menukarnya kepada kaki belakangnya, dan melakukannya dengan pantas dan sempurna," kata Ashish Kumar, Ph.D. pelajar di Berkeley. Penyelidikan ini boleh menjadi langkah besar ke arah menyelesaikan cabaran sedia ada dengan robot berkaki dan membawa mereka ke rumah orang ramai.