Роботизированный пес ANYmal решает кубик Рубика, используя свои передние лапы. Для этого исследователи из Цюрихского университета применяют различные технологии.

Лаборатория робототехнических систем Цюрихского федерального технологического института (ETH Zürich) научила своего четвероногого робота ANYmal-D решать кубик Рубика гигантских размеров (в Германии обычно называемый "зауэрвурфель"). Особенность заключается в том, что робот использует свои передние лапы и ступни для поворота отдельных слоев куба, одновременно балансируя на задних лапах. Для этого исследователи использовали различные методы, включая компьютерное зрение, классические алгоритмы и обучение с подкреплением (RL).

Ученые из Robotics Systems Lab разделили процесс решения кубика Рубика роботом ANYmal на три этапа: сканирование куба, планирование решения и выполнение действий. Об этом они пишут в исследовании "Решение огромного кубика Рубика с помощью четвероногого робота", опубликованном в виде препринта на сайте Arxiv. При сканировании куба, весом около 4,6 кг, ANYmal сначала поворачивает его передними лапами таким образом, чтобы встроенная камера могла зафиксировать все грани куба. Робот определяет положение отдельных цветных элементов и, используя эту информацию, рассчитывает оптимальный алгоритм решения.

Для того чтобы повернуть отдельные слои куба таким образом, чтобы все шесть граней куба имели одинаковый цвет, робот использует алгоритм Kociemba Solver, разработанный Гербертом Кочембой, для максимально быстрой и эффективной сборки кубика Рубика. Преимущество этого алгоритма заключается в том, что для решения задачи требуется лишь небольшое количество поворотов, поэтому роботу не нужно выполнять так много сложных движений своими "ногами". Действительно, манипулирование кубом с помощью "ног" или, возможно, лучше сказать, "лап" робота, что в науке называется педипуляцией, является самой сложной частью проекта.

Перемещение кубика передними ногами.

Для выполнения этой задачи ANYmal должен иметь возможность поворачивать отдельные слои таким образом, чтобы после поворота они не были расположены под углом, и при этом перемещался только тот слой, который необходимо повернуть. Ученые решили эту проблему, сделав куб достаточно тяжелым, чтобы площадь, лежащая на дне, не могла вращаться. Затем робот может использовать свои ноги для создания необходимой силы, чтобы поворачивать верхние слои. В зависимости от расположения цветных элементов, куб может потребоваться несколько раз перевернуть. Важно, чтобы при этом не происходило случайных поворотов, поскольку неправильное действие может свести на нет ранее рассчитанный алгоритм решения.

Рекомендуемый редакционный контент.

С вашего разрешения на этой странице будет загружено видео с внешнего ресурса – YouTube (компания Google Ireland Limited).

Я согласен на то, чтобы мне отображался контент из внешних источников. Это может привести к передаче персональных данных на сторонние платформы (например, Google Ireland Limited). Подробную информацию об этом можно найти в нашей политике конфиденциальности.

Для робота-собаки манипуляции с кубиком Рубика представляют собой серьезную задачу. Ему необходимо вставать на задние лапы и сохранять равновесие, чтобы передними лапами изменять отдельные слои и общее положение кубика. Исследователи обучили робота-собаку с помощью алгоритмов машинного обучения (RL), чтобы он мог выполнять необходимые движения, при этом предотвращая опрокидывание робота ANYmal во время манипуляций с кубиком. Необходимые движения роботизированных конечностей генерируются на основе решения, полученного от алгоритма Kociemba Solver. В процессе работы робот использует компьютерное зрение, включая распознавание цветов, для контроля состояния кубика. Это позволяет обнаруживать ошибки и, при необходимости, корректировать их.

Робот ANYmal смог решить кубик Рубика, используя этот метод, менее чем за десять минут. В трех попытках решения этой задачи роботу-собаке потребовалось от восьми до девяти минут на каждый раз. При этом робот должен был выполнить около 30 отдельных движений.

Роботизированный пес ANYmal изначально был разработан для инспекций в промышленных условиях, выполнения задач наблюдения и поисково-спасательных операций. Однако демонстрация манипуляций с кубиком Рубика показывает, что он потенциально может выполнять более сложные задачи с помощью своих "ног", даже без использования рук.

Первоисточник — Heise

Автор оригинала — Oliver Bünte