İnsansı robotlar, şirketlerin kendi insansı ürünlerini piyasaya sürmek için sıraya girmesiyle son bir yılda ilgi odağı haline geldi. Çoğunun tipik bir insansı görünümü var, nesneleri tutmak için kollar ve pençeler kullanıyorlar ve yürüme biçimleri olarak sert bacaklar kullanıyorlar.
Ancak yakın zamanda Japonya'daki Toyota Araştırma Enstitüsü (TRI) Punyo adlı yeni bir robotu tanıttı ve Punyo'nun insansı robotları ileriye taşıyacağı yönündeki umudunu dile getirdi.
Punyo, robotların tasarım konsepti ve çalışma yöntemlerinde yenilikçidir. Bacakları yoktur ve TRI ekibi şimdiye kadar robotun gövdesi üzerinde çalışmış ve manipülasyon becerilerini geliştirmiştir.
Tasarım konsepti: İnsanın günlük yaşamına hizmet etmek
Geleneksel endüstriyel robotlar çoğunlukla üretim verimliliğini artırmak ve iş yoğunluğunu azaltmak için atölye operasyonlarında, montajda ve diğer görevlerde kullanılır. Gelecekte, servis robotları daha fazla eve girebilir, sıradan insanların günlük ihtiyaçlarına doğrudan bakabilir ve hizmet verebilir.
TRI araştırmacıları, Punyo'nun amacının "insanların evde ve başka yerlerde günlük işlerini tamamlamalarına yardımcı olan bir robot" olmak olduğunu söyledi.
Bu tasarım konsepti, Punyo'nun esnek, yumuşak ve güvenli olması gerektiğini belirler. Çünkü karmaşık ve değişken ev ortamına girebilmek için geleneksel bir endüstriyel robot gibi sert ve katı bir mekanik kol olamaz. Aksi takdirde, insanlara bir tehlike hissi verecek ve çeşitli günlük iş görevlerini tamamlamayı imkansız hale getirecektir. Bu, robotların insan hayatına daha fazla entegre olmasını sağlamaya odaklanan SoftBank'in Pepper robotunun tasarım fikrine biraz benzerdir.
Hizmet odaklı uygulamalar ayrıca Punyo'nun fabrika montaj hattında tek bir işlem gerçekleştirmesini değil, çeşitli günlük becerileri öğrenmesini gerektirir. Bu, robotlara güçlü öğrenme yetenekleri kazandırmayı ve insan gösterilerini gözlemleyerek ve taklit ederek çeşitli günlük görevlerin çalışma yöntemlerinde ustalaşmayı gerektirir.
İnsansı robotlar için, tüm vücudu kullanarak manipülasyon yapmak zordur çünkü denge bir zorluktur. Ancak, TRI araştırmacıları robotunu tam da bunu yapacak şekilde tasarladılar.
"Punyo işleri farklı yapıyor. Tüm vücudunu kullanarak, uzatılmış bir elle bastırmaktan çok daha fazlasını taşıyabiliyor," diye ekledi TRI'nin tüm vücut manipülasyonu için teknik liderlerinden biri olan Andrew Beaulieu. "Yumuşaklık, dokunsal hassasiyet ve çok fazla temas kurabilme yeteneği, nesnelerin daha iyi manipüle edilmesini kolaylaştırıyor."
Yumuşak ve sert gövde
Esnek ve yumuşak bir robot tasarımı elde etmek için TRI, sert ve yumuşak olanı birleştiren mekanik bir kol tasarımı benimsedi. Punyo'nun elleri, kolları ve göğsü, her ikisi de dış teması algılayan uyumlu malzemeler ve dokunsal sensörlerle kaplıdır ve yumuşak malzemeler robotun vücudunun manipüle ettiği nesnelere uyum sağlamasını sağlar.
Bu, günümüzdeki pek çok yumuşak robot için tipik bir tasarım fikridir.
Aynı zamanda, yumuşak kabuğun altında Punyo, iskelet destekleri olarak iki "sert" mekanik kolu ve mekanik destek ve hassas kontrol sağlamak için bir gövde çerçevesi ve bel aktüatörü de tutar. Sert ve yumuşak tasarımın bu kombinasyonu, geleneksel robotların mekanik avantajlarını yumuşak robotların yumuşak özellikleriyle birleştirir.
Özellikle, Punyo'nun kollarındaki hava yastıkları, ihtiyaç halinde daha sert veya daha yumuşak hale gelmek üzere iç basıncı ayarlayabilir. Belirli bir mekanik sertlik sağlarken, yaklaşık 5 cm'lik bir uyumluluk da sağlar. "Pençe" ayrıca yüksek sürtünmeli lateks hava yastığı tasarımını kullanır. Avuç içindeki kamera, hava yastığının yüzey deformasyonunu gözlemleyerek dış kuvvetin boyutunu algılayabilir. Tüm kol bükülebilir ve döndürülebilir ve hava yastıkları birbirine bağlıdır, bu da kuvvetin düzgün bir şekilde iletilmesini sağlar ve robotun "kolu kırmasını" önler.
Güçlü öğrenme yeteneği
Ev ortamındaki değişen görevlere uyum sağlayabilmek için Punyo'nun güçlü öğrenme yeteneğine sahip olması gerekir.
TRI ekibine göre, Punyo iki yöntem kullanarak temas açısından zengin bir politika öğrendi: bir yayılma stratejisi ve örnek rehberliğinde takviyeli öğrenme. TRI, yayılma politikasına yaklaşımını geçen yıl duyurdu. Bu yaklaşımla, robotlar modellemesi zor görevler için sağlam sensör-motor stratejileri öğrenmek için insan gösterilerini kullanıyor.
Örnek rehberli takviyeli öğrenme, bir görevi bir simülasyonda modellemeyi ve robotun keşfini küçük bir gösteri seti aracılığıyla yönlendirmeyi gerektiren bir yaklaşımdır. TRI, bu öğrenmeyi simülasyonlarda modellenebilen görevler için sağlam çalışma stratejileri uygulamak için kullandığını söylüyor.
Bir robot bu görevlerin gösterildiğini gördüğünde, bunları daha verimli bir şekilde öğrenebilir. Ayrıca TRI ekibine, robotun görevlerini tamamlamak için kullandığı hareket tarzını etkilemek için daha fazla alan sağlar.
Ekip, geleneksel olarak bilgisayar animasyonlu karakterleri biçimlendirmek için kullanılan zıt hareket önceliklerini (AMP'ler) kullanarak, güçlendirme hattına insan hareketi taklidini dahil etti.
Takviyeli öğrenme, ekiplerin eğitim için simülasyonlarda görevleri modellemesini gerektirir. Bunu yapmak için TRI, uzaktan operasyonlar yerine gösterimler için model tabanlı bir planlayıcı kullanır. Bu sürece "plan rehberliğinde takviyeli öğrenme" adını verir.
TRI, planlayıcının kullanılmasının uzaktan çalıştırılması zor olan uzun mesafeli görevleri mümkün kılabileceğini iddia ediyor. Ekip ayrıca, boru hattının insan girdisine olan bağımlılığını azaltarak, otomatik olarak herhangi bir sayıda demo üretebilir ve bu da TRI'yi Punyo'nun halledebileceği görev sayısını artırmaya yaklaştırır.
Punyo yazılım servis robotu henüz emekleme aşamasında olmasına ve her açıdan performansının geliştirilmesine ihtiyaç duymasına rağmen, uygulama beklentileri geniştir ve Punyo'nun tasarım konsepti ve teknik rotası sektöre yeni fikirler de sunmaktadır.