Исследователи из Чикаго создали робота, у которого нет «тела» в привычном смысле. Есть только модульные ноги — и каждая из них живет своей жизнью.
Механоид, представленный группой из Северо-Западного университета, состоит из простых сочлененных блоков, внешне напоминающих суставы. Каждый модуль — это самостоятельный робот: у него есть собственный аккумулятор, процессор, датчики и высокомоментный привод. Вместе они стыкуются через механизм, напоминающий LEGO, образуя конструкции от трех до пяти «ног». Но если систему повредить, оторвать один или два модуля — оставшиеся перестраиваются на лету и продолжают движение. Ампутация конечности для такого робота — не катастрофа, а реконфигурация.
Каждый модуль представляет собой два звена, соединенные шарниром с единственной степенью свободы. Ось вращения позволяtn звеньям описывать 360-градусную коническую траекторию. На первый взгляд — примитив. Но этого оказалось достаточно, чтобы модуль научился:
- прыгать на 37 см в высоту — 154% от собственной длины;
- катиться со скоростью 0,46 м/с, потребляя всего 0,38 Вт на двигатель;
- поворачиваться на месте с угловой скоростью 55 градусов в секунду.
Небольшое вращение звеньев смещает центр масс, инициируя крен. Если крен замедлить в нужный момент — модуль балансирует на кончиках звеньев. Если вращение резкое — он взлетает. Все управление строится исключительно на внутренних датчиках и вестибулярном аппарате, встроенном в каждый блок. Никакого внешнего захвата движений.
Вдоль внешней поверхности каждого модуля расположены 18 совместимых сотовых соединений. Два модуля можно соединить 435 различными способами. Три — сотнями тысяч. Пять — сотнями миллиардов возможных конфигураций. Инженеры сжали это комбинаторное пространство в восьмимерное латентное пространство с помощью автокодировщика, а затем использовали глубокое обучение с подкреплением, чтобы найти наиболее эффективные формы.
В результате были отобраны три конструкции: трехмодульная, четырехмодульная и пятимодульная. Четвертая — разработанная вручную четвероногая конфигурация, где один из модулей выступает в роли подвижного «позвоночника». Все они обучались в симуляции на плоской поверхности, но тестировались на реальном рельефе: песок, грязь, трава, корни деревьев, гравий, кирпичная крошка, бетонные плиты.
Оказалось, что одиночный модуль катится по бетону, но буксует на траве. А вот собранные конструкции — ходят везде. Более того, они научились двум акробатическим трюкам: прыжку с вращением в воздухе вокруг поперечной плоскости (на 66°) и самовыравниванию из перевернутого положения. Когда робота переворачивали вверх ногами с помощью деревянной доски, он изгибался, скручивался и вставал в нормальную позу, используя только внутренние датчики.
Пока что прототипы передвигаются со скоростью, сравнимой с неторопливой прогулкой. Но исследователи уже смотрят вперед. Следующий этап — увеличение мощности, переход на более прочные материалы (титановые сплавы вместо композитов) и обучение более агрессивным локомоционным стратегиям.
Читайте также нашу статью о том, как на кассах китайского McDonald’s появились роботы-гуманоиды.