Na ČVUT vyvinuli algoritmus, který umožní bezpečný pohyb humanoidních robotů mezi lidmi

Experti z katedry kybernetiky FEL ČVUT ve spolupráci s kolegy z University of Colorado Boulder v USA a janovského Istituto Italiano di Tecnologia, kteří zkoumají interakce mezi roboty a člověkem, zrealizovali experiment se stolní hrou Bubbles (video níže).

Humanoidní robot iCub a člověk sedí naproti sobě u stolu a hrají hru se třemi kostkami a šesti odkrytými kartami. Kostky jsou vrženy a vyhrává ten, kdo nejrychleji ukáže na správnou kartu: barva nejvyššího čísla na kostkách se přitom musí shodovat s barvou největší bubliny na kartách.

Cílem bylo demonstrovat nejen kognitivní schopnosti robota, ale hlavně pokrok, který dosáhli vědci v tom, aby se roboti mohli bezpečně pohybovat v prostředí obydleném lidmi.

K tomu právě přispívá nový reaktivní regulátor pohybu ovládající horní polovinu humanoida. Robot iCub je díky vyvinutému algoritmu schopen podle výzkumníků plynulého pohybu a empatického chování a člověk se vedle něho může cítit naprosto bezpečně.

Ostatně i na videu (a také na úvodní fotografii tohoto článku) je patrné, že lidský figurant např. vědomě robotovi brání v pohybu, odstrkuje jeho ruce – a robot se přitom poslušně podvoluje jeho manipulaci.

Bez lidských zásahů by měl robot ve hře jasně navrch: humanoid vybavený kamerou, 2000 hmatovými receptory a tzv. proximity senzorem identifikujícím blízké předměty totiž vše neomylně analyzuje v řádu milisekund a pohyb jeho kloubů je bezprostřední. Člověk by ve hře, která je určena dětem od školního věku a od hráčů vyžaduje soustředění a pohotové reakce, neměl šanci.

Reaktivní regulátor pohybu, který vývojáři nazvali Harmonious, dává robotovi schopnost přirozeného pohybu a přiměřené reakce na podněty okolí.

„Jsou to vlastnosti, které byly dosud připisovány spíše organismům než strojům. V robotice převládal důraz na plánování pohybu robota, které se ale může uplatnit jen v neměnném a předvídatelném prostředí, jaké jsme schopni vytvořit např. ve výrobním provozu. Pokud ale robota nasadíme v nestrukturovaném dynamickém prostředí, ve kterém se běžně pohybujeme, přístup selhává a je potřeba, aby robot byl schopen se chovat jako člověk, tj. přizpůsoboval se překážkám a měnil trajektorii pohybu podle aktuální situace,“ popsal vedoucí skupiny humanoidní robotiky na FEL ČVUT Matěj Hoffmann.

O zmíněném robotovi iCub lze konstatovat, že je kromě sluchu a zraku vybaven také hmatem. Schopnost vnímat dotyky mu umožňují hmatové senzory zabudované v elektronické kůži. Díky svým smyslům si kolem svého těla ovládaného 53 elektromotory vytváří „ochrannou bublinu“, která mu umožňuje kontrolovat prostor podobně, jako je tomu u člověka.

Umělá inteligence ho na základě předchozích zkušeností s vnímáním vizuálních a hmatových vjemů přivede ke správnému řešení, když na něj letí míč nebo mu někdo brání v pohybu.

Pro zajištění plynulého a přirozeného pohybu robota vědci mj. zkoumali lidský pohyb – třeba z pohledu toho, co se děje, když bereme do ruky předměty. Analyzované charakteristiky pak přenesli do algoritmu, podle něhož se řídí pohyb robota.

„iCub se učí vnímat své okolí obdobně jako dítě, které svým vzhledem připomíná. Ovšem i humanoid s dětskými rozměry má ve svých motorech sílu, která by potenciálně mohla svému okolí ublížit, proto jsme si při vývoji regulátoru Harmonious stanovili cíl, že si robot osvojí schopnost přiměřené a bezpečné reakce,“ doplnil Hoffmann.

Regulátor Harmonious ovládá horní polovinu těla robota iCub, celkem 17 kloubů na rukách a trupu, což je v současné robotice vůbec největší dosažený počet stupňů volnosti.

Algoritmus je ale obecný a je možné ho aplikovat i na vyšší počet kloubů/motorů a senzorů/smyslů. Otevírá se tím velký prostor pro uplatnění empatických robotů v reálném světě a přímé interakci s okolím – např. při donášce zásilek, komunikaci či v domácnostech.

Vědecký článek o novém algoritmu publikoval v listopadu odborný časopis IEEE Transactions on Robotics.

Po zvládnutí přirozeného pohybu horní poloviny těla robota si robotici stanovili další cíle: přirozený pohled a chůzi robota.