نادية من IHMC هي زميلة بشرية متعددة الاستخدامات
معهد فلوريدا للإدراك البشري والآلي (IHMC) معروف جيدًا في دوائر الروبوتات ذات قدمين لتعليم الروبوتات المعقدة للغاية على المشي.
منذ عام 2015، كان IHMC موطنًا لأطلس Boston Dynamics (إصدار DRC) بالإضافة إلى NASA Valkyrie، وقد تم إحراز تقدم كبير في تطوير هذه المنصات نحو التنقل والتلاعب الموثوق به.
لكن في الأساس، نحن نتحدث عن بعض الأجهزة القديمة جدًا هنا.
وليس هناك الكثير من خيارات الاستبدال الجيدة (المتاحة للباحثين، على أي حال) عندما يتعلق الأمر بأشياء بشرية ذات قوة وسرعة ومرونة مماثلة للإنسان.
قبل عدة سنوات، قررت IHMC أن الوقت قد حان لبناء روبوت خاص بها من الصفر، وفي عام 2019، رأينا بعض المفاهيم البلاستيكية الرائعة لـ Nadia – وهو إنسان مصمم من الألف إلى الياء لأداء مهام مفيدة بالسرعة البشرية في البيئات البشرية.
بعد 16 نسخة تجريبية من البلاستيك، أصبحت Nadia الآن روبوتًا حقيقيًا، ويبدو بالفعل مثيرًا للإعجاب.
لفترة طويلة، كنا ندفع حدود الأجهزة مع DRC Atlas Valkyrie. لم نتمكن من استكشاف حدود برامجنا وعناصر التحكم الخاصة بنا بشكل كامل. مع ناديا، العكس هو الصحيح، وهو أمر مثير حقًا من منظور بحثي.
تم تصميم Nadia لتكون بشكل أساسي الجيل التالي من أطلس جمهورية الكونغو الديمقراطية وفالكيري، وهي أسرع وأكثر مرونة وقوة بما يكفي لإنشاء منصة بحثية ممتازة.
إنه مزيج من المحركات الكهربائية والهيدروليكية: أذرع كهربائية ذات 7 درجات من الحرية (DoF) وحوض كهربائي 3 DoF، إلى جانب جذع هيدروليكي 2 DoF و5 أرجل هيدروليكية DoF.
المكونات الهيدروليكية عبارة عن مشغلات ذكية مدمجة، والتي غطيناها في الماضي.
تم ترتيب مفاصل Nadia لزيادة نطاق الحركة إلى أقصى حد، مما يعني أن لديها مساحة عمل معالجة كثيفة أمام نفسها (حيث يكون ذلك مهمًا حقًا) بالإضافة إلى أرجل عالية الحركة. تسمح قذائف ألياف الكربون التي تغطي معظم الروبوت بالاتصال الآمن بالبيئة.
تساعد تقنية Teleoperation من خلال الواقع الافتراضي الغامرة ناديا على أداء المهام المعقدة. IHMC
مساحة العمل الكبيرة للتلاعب مناسبة بشكل خاص لأن هناك الكثير من التركيز على تقنية الواقع الافتراضي الغامرة عن بعد مع ناديا.
ليست هذه الاستقلالية مهمة، لكن المفهوم الكامن وراء Nadia تم تشكيله (على الأقل جزئيًا) من خلال تجربة IHMC في نهائيات تحدي الروبوتات DARPA: من الناحية المثالية، تريد من الروبوت أن يدير كل ما في وسعه بمفرده، مع امتلاك إنسان قادر على تولي المزيد من التحكم المباشر في المهام المعقدة.
على الرغم من أنه ليس من فانتازيا أن يكون الروبوت مستقلًا تمامًا، فإن الحقيقة هي أنه على المدى القريب، فإن هذا النهج هو وسيلة قابلة للتطبيق على الفور لجعل الروبوتات تقوم بأشياء مفيدة بشكل موثوق في بيئات غير منظمة.
بشكل عام، الهدف من Nadia هو العمل بأقرب ما يمكن من السرعة البشرية عند القيام بمهام الاستكشاف والتلاعب في المناطق الحضرية.
وإذا كان ذلك ينطوي على أن يقوم الإنسان بإجراء التشغيل المباشر للروبوت عن بعد لأن هذه هي أفضل طريقة للقيام بالأشياء، فإن ناديا مصممة للتعامل معها.
توضح ناديا مدى مرونة الوركين والساقين مقارنة بأطلس جمهورية الكونغو الديمقراطية. IHMC
لمزيد من التفاصيل حول ناديا، تحدثنا مع روبرت جريفين، عالم أبحاث في IHMC.
كيف تتميز نادية بين الروبوتات الشبيهة بالبشر؟
روبرت جريفين: أعتقد أن الشيء المهم الذي نحاول تقديمه إلى طاولة المفاوضات مع ناديا هو النطاق العالي حقًا للحركة للعديد من المفاصل. ليس نطاق الحركة فقط هو ما يميز ناديا عن العديد من الروبوتات الأخرى الموجودة في العالم، إنه أيضًا السرعة والقوة. تتمتع ناديا بقدرة أكبر على الوزن مقارنة بأطلس جمهورية الكونغو الديمقراطية، مما يجعلها أسرع بكثير، مما يحسن سرعتها التشغيلية العامة فضلاً عن استقرارها.
هل يمكنك وضع أهدافك مع ناديا في سياقها في مجال الروبوتات البشرية؟
غريفين: نحاول أن نجعل من Nadia روبوتًا يمكنه العمل في بيئات غير منظمة حيث لا تعرف ما يجب عليه فعله في وقت مبكر.
لذلك، بدلاً من وجود تسلسل محدد أو عدد من المهام، نحاول بناء روبوت في الأجهزة والبرامج والواجهات التي تمكن فريق الإنسان والآلة من الذهاب إلى بيئة غير معروفة، واستكشافها، ورسم خريطة لها، وثم القيام بمهام ذات مغزى.
تتمتع IHMC بسمعة طيبة في مساعدة الروبوتات المعقدة مثل DRC Atlas وValkyrie في قدرتها على الحركة. كيف شقت كل هذه التجربة طريقها إلى تصميم ناديا؟
غريفين: أنت على حق، وقد دخلنا في شراكة مع NASA JSC منذ جمهورية الكونغو الديمقراطية – عندما ترى فالكيري تسير الآن، فهي تستخدم برامج وأجهزة تحكم IHMC.
عندما يتعلق الأمر بتطبيق بعض هذه المعرفة على ناديا، فقد أولينا اهتمامًا خاصًا لأشياء مثل نطاق حركة ناديا في ساقيها.
على عكس الكثير من المنصات التي تشبه البشر، تمتلك Nadia حقًا لفافة هيب جيدة (أو ab / adduction)، مما يعني أنها يمكن أن تقوم بخطوات واسعة جدًا وأيضًا خطوات ضيقة جدًا حيث تتداخل القدمان مع بعضها البعض.
نعتقد أن هذا سيساعد في زيادة التنقل من خلال المساعدة في تعديل الخطوات والوصول إلى موطئ قدم مليء بالتحديات.
بالإضافة إلى الأجهزة، تمكنا أيضًا من استخدام أدوات المحاكاة الخاصة بنا ومكدس التحكم لمساعدتنا حقًا في تحديد ما يجب أن يكون عليه تصميم الأجهزة من أجل إنجاز بعض هذه المهام.
لم نتمكن من تحسين جميع المفاصل الموجودة على الروبوت – لقد علقنا إلى حد كبير بمكبس هيدروليكي واحد في الأرجل، في الوقت الحالي، ولكننا نأمل أن تكون تصميماتنا المستقبلية متكاملة ومُحسَّنة بشكل أفضل.
لدينا بالفعل تشغيل كامل للكاحل، على عكس الكثير من الروبوتات الشبيهة بالبشر.
كان نهجنا، منذ البداية، هو البحث عن سلطة التحكم اللازمة بأقدام ناديا لتكون قادرة على القيام بوضع دقيق للقدم، واستخدام ذلك للتنقل التفاعلي السريع نسبيًا.
بينما انتقلت من المفهوم إلى الأجهزة مع ناديا، ما التنازلات التي كان عليك تقديمها؟
غريفين: نحن لسنا مرنين تمامًا مثل الإنسان العادي، على الرغم من أننا لسنا بعيدين جدًا.
لقد فوجئت أننا فقدنا بعض نطاق الحركة في الآليات فقط بسبب توجيه الخرطوم الهيدروليكي، خاصة حول الوركين، حيث أردنا تجنب وجود حلقات كبيرة من الخراطيم تتدلى من الروبوت.
نريد في النهاية أن نأخذ نادية إلى العالم الحقيقي، ولا نريد أن تتعطل الخراطيم بالأشياء.
نادية ليست بنفس سرعة الإنسان في بعض المفاصل، وفي بعض المفاصل تكون أسرع.
نحن أيضًا لسنا مضغوطين تمامًا كما أردنا أن نكون في الأصل، لأن الروبوتات صعبة حقًا.
نأمل أن نحصل عليه بشكل أكثر إحكاما في المستقبل. وقد فاتنا هامش الوزن لدينا قليلاً – إنه حوالي 90 كيلوغرامًا الآن، بدون المضخة الهيدروليكية أو البطارية على متن الطائرة.
لماذا قررت التركيز على كيف يمكن للإنسان أن يتحكم مباشرة في ناديا في الواقع الافتراضي، بدلاً من التركيز بشكل أكبر على الاستقلالية؟
جريفين: يعمل الاستقلالية بشكل جيد حقًا عندما تعرف ما هي ظروف التشغيل وما الذي تحاول تحقيقه.
لا يعني ذلك أنه من السهل أتمتة ذلك، ولكنه ممكن. لقد جربنا بعض التخطيط الذاتي والتلاعب، ووجدنا أنه مقيد بعض الشيء لأنه لا يستفيد من الإمكانات الكاملة لمنصتنا.
ولذا فإن ما نتطلع إليه هو محاولة أتمتة الأجزاء الرئيسية فقط من النظام — أشياء مثل تخطيط الخطوات والتخطيط، والتي يمكن أتمتها بشكل جيد.
لكننا نحتاج أيضًا إلى القدرة على التفاعل مع البيئات الجديدة، ولهذا السبب نركز على تطوير طرق للعمل كفريق مع البشر من خلال واجهات مثل الواقع الافتراضي.
مع القدرات المعرفية للإنسان جنبًا إلى جنب مع قدرات التلاعب للروبوت، نعتقد أنك تحصل على الكثير من التنوع.
ما مدى الاختلاف الذي أحدثته في التحكم في Nadia في VR، أن الجهاز يتمتع بمرونة تشبه الإنسان ومساحة عمل شبيهة بالبشر؟
غريفين: للتلاعب، كان الأمر ضخمًا. لا نريد أن يقوم المستخدم بتشغيل الروبوت ويشعر أنه محدود فيما يمكنه القيام به بسبب قيود الروبوت.
الكثير من التلاعب الذي تمكنا من القيام به مع ناديا لم نكن لنفعله مع منصاتنا الأخرى.
هناك بالتأكيد مقايضات – تم تصميم الأذرع للسرعة أكثر من القوة، والتي ستكون محدودة بعض الشيء، لكننا نأمل في تحسين ذلك على المدى الطويل.
أعتقد أن تصميم الروبوت – وخاصة نظام التحكم وبنية البرامج – بفكرة تشغيل الإنسان له قد فتح الكثير من القدرات التي نأمل أن تسمح لنا بالتكرار بسرعة على طول العديد من المسارات المختلفة.
ما هي الأشياء التي ستكون نادية قادرة عليها بشكل فريد؟
غريفين: نأمل أن يكون الروبوت قادرًا بشكل فريد على الحركة متعددة جهات الاتصال – وهذا هو الاتجاه الذي نأمل حقًا أن نتحرك فيه، حيث لا نعتمد فقط على أقدامنا للتحرك عبر العالم.
لكنني لا أريد بالضرورة أن أقول إنه سيكون أفضل في ذلك من الروبوتات الأخرى، لأنني لا أعرف كل شيء يمكن أن تفعله الروبوتات الأخرى.
هل هناك مهام عملية تأمل أن تتمكن نادية من القيام بها في مرحلة ما في المستقبل؟
غريفين: أشياء مثل الاستجابة للكوارث، والمعالجة النووية، والتخلص من القنابل – يتم تنفيذ هذه المهام إلى حد كبير بواسطة الأشخاص في الوقت الحالي، لأننا لا نملك روبوتات قادرة في الواقع على القيام بها بشكل مناسب على الرغم من مقدار الوقت الذي عمل فيه علماء الروبوتات عليها.
أعتقد أنه من خلال الشراكة في هندسة الروبوتات الممتازة مع واجهات تشغيل مذهلة وإدراك بشري، ستبدأ هذه المهام في أن تصبح مجدية من خلال الروبوت.
على الرغم من أن Nadia جديدة تمامًا، إلا أن IHMC لديها بالفعل مجموعة من الترقيات المخطط لها للروبوت.
الأمر الأكثر وضوحًا هو قطع هذا الحبل عن طريق وضع بطاريات ومضخة هيدروليكية مخصصة في جذع ناديا.
يوجد أيضًا على خريطة الطريق أذرع عزم دوران أعلى وأرجل أخف وزنا وأكثر انسيابية.
في غضون ذلك، يتعين على البرنامج القيام بالكثير من اللحاق بالركب للسماح لنادية بالوصول إلى إمكاناتها الكاملة. وإذا عرفنا IHMC، فسيكون هذا أمرًا مثيرًا للغاية لمشاهدته.
المصدر: spectrum
قد يهمك:
