Cheetah MIT lehrte, Hindernisse zu identifizieren und zu überspringen

Forscher am Massachusetts Institute of Technology haben ein faszinierendes Video veröffentlicht. Es zeigt das Ergebnis der Arbeit, einem Robo-Geparden beizubringen, Hindernisse auf seinem Weg zu überspringen. Dazu schätzt der Roboter mit Hilfe eines Lidars den Abstand zur Barriere und ihre Höhe und findet dann wie ein Lebewesen die beste Position für einen Sprung. Es gibt eine Korrektur der Schritte, um dies zu erreichen. Der Gepard macht einen Sprung, landet sanft und rennt weiter, wobei er sein ursprüngliches Tempo wieder herstellt.

Der MIT Robogepard ist nicht derselbe wie Cheetah von Boston Dynamics. Beide Projekte werden von der US-amerikanischen Agentur für fortgeschrittene Verteidigungsforschungsprojekte finanziert. Beides ist ein Versuch, den Lauf eines echten Geparden zu kopieren - eines Tieres, das in 2 Sekunden auf 120 Stundenkilometer beschleunigen kann. Aber Roboter haben unterschiedliche Autoren und sind sehr unterschiedlich. Anstelle von Hydraulik verwendet der MIT-Gepard speziell entwickelte elektrische Antriebe mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment. Eine höhere Energieeffizienz wird durch die Rückgewinnung eines Teils der normalerweise verbrauchten Energie erreicht. Dadurch können Sie den Akku verkleinern und auf einen lauten Verbrennungsmotor verzichten.

MIT-Entwicklungsteam unterrichteteGepard springt im September letzten Jahres zurück. Aber dann wurde diese Aktion blind ausgeführt, das Gerät konnte keine Hindernisse auf seinem Weg unterscheiden. Ebenfalls im September hatte der Roboter die Möglichkeit, ohne externes Stromkabel zu laufen - Batterien wurden eingelegt.


Videoclip mit den ersten Sprüngen mit eigener Stromversorgung, September 2014.

Jetzt kann der MIT-Gepard mithilfe eines Lidars , eines aktiven optischen Systems, das den Raum mithilfe eines Lasers abbildet, Hindernisse vor sich sehen . Das Springen auf der Flucht erfordert eine hohe Dynamik. Es ist notwendig, das Gleichgewicht zu halten und angemessen zu landen. Für diesen Prozess haben die Entwickler einen dreiteiligen Algorithmus unter Verwendung von Lidar-Daten erstellt. Sowohl das Lidar als auch das Computersystem befinden sich an Bord des Geparden, der eine autonome Steuerung bietet. Das Programm kann in drei Schritte unterteilt werden.

Der erste führt die Erkennung von Hindernissen durch, schätzt deren Größe und Entfernung zu ihnen. Die Forscher verwendeten ein einfaches Modell des visuellen Raums: Die Oberfläche wird als gerade Linie dargestellt, und alle Barrieren sind Abweichungen davon. Nach dem Erkennen eines Hindernisses startet die zweite Komponente. Die Berechnung der optimalen Position für den Sprung und die Korrektur der Schritte bei Annäherung an das Hindernis werden durchgeführt. Der Gepard beschleunigt oder verlangsamt sich, um den gewünschten Punkt zu erreichen. Der Algorithmus funktioniert im laufenden Betrieb, die Ausführung dauert nur 100 Millisekunden - es ist ungefähr ein halber Schritt.

Schließlich erreicht der Roboter den gewünschten Punkt. Hier berechnet der Algorithmus im Rahmen des dritten Schritts den Sprungpfad. Forscher haben eine Formel entwickelt, die basierend auf der Höhe der Barriere und der Geschwindigkeit des Roboters die Kraft angibt, die Elektromotoren entwickeln müssen.



Laut den Forschern wählt der Algorithmus nicht die optimale, sondern eine praktikable Lösung. Das heißt, der Gepard springt manchmal viel höher als nötig. Das Finden der besten und energieeffizientesten Optionen kann zu viel Zeit und Rechenleistung erfordern. Forscher argumentieren, dass eine unvollständige Lösung akzeptabel ist und eine übermäßige Optimierung für einen erfolgreichen Sprung gefährlich sein kann.

Die Fähigkeit, Hindernisse zu überwinden, wurde zuerst auf einem Laufband und dann auf einem echten Hindernisparcours getestet. Das Laufband war kurz, ungefähr 4 Meter lang und der Gepard lief in der Mitte. Daher blieb der Roboter in der Größenordnung eines Meters zu einem Hindernis. Aus diesem Grund konnte der Algorithmus nur 70% der Barrieren überwinden. Indoor-Hindernisparcours-Tests schnitten besser ab, da der Gepard mehr Platz und Zeit hatte, um Entscheidungen zu treffen. 90% der Sprünge waren erfolgreich.

Testergebnisse zeigten, dass der Roboter Barrieren mit einer Höhe von bis zu 46 Zentimetern (18 Zoll) überwinden kann - mehr als die Hälfte seiner eigenen Höhe. Gleichzeitig wird eine durchschnittliche Laufgeschwindigkeit von 8 Stundenkilometern eingehalten.

Ein Forschungsteam wird das Laufen und Springen von Geparden bei der DARPA Robotics Challenge im Juni vorstellen. Im Juli werden autonome Systeme auf der Konferenz Robotics: Science and Systems vorgestellt. In Zukunft werden Forscher die Möglichkeit erkennen, auf eine weiche Oberfläche zu springen, beispielsweise auf Gras.

Basierend auf Materialien von der MIT-News-Site .