Na Conferência Internacional de Robótica e Automação (ICRA) de 2023, programada para acontecer em Londres no próximo mês, serão apresentados três artigos que relatam os talentos dos robôs quadrúpedes e os pesquisadores que ensinam a eles coisas novas, incluindo driblar, pegar e atravessar uma trave de equilíbrio.
Drible Quadrúpede do MIT
Os robôs de futebol quadrúpedes têm uma longa e nobre história; durante anos, o Sony Aibos foi a plataforma padrão da RoboCup. Mas os quadrúpedes deram enormes passos de quatro patas desde o final dos anos 1990 e início dos anos 2000. Agora que a mobilidade quadrúpede básica foi bem compreendida, é hora de colocar esses robôs para fazer coisas divertidas. Em um próximo artigo do ICRA, os roboticistas do MIT descrevem como ensinaram um quadrúpede a driblar uma bola de futebol em terrenos acidentados, o que é realmente impressionante para quem já tentou fazer isso sozinho.
Vamos deixar isso claro: para a maior parte do mundo, estamos falando de futebol aqui. Mas o jornal chama de futebol, então vou chamar de futebol também. Como quer que você chame, é aquele com a bola redonda onde na maioria das vezes um jogo está sendo jogado, em vez daquele com a bola pontiaguda, onde na maioria das vezes as pessoas ficam paradas sem fazer nada.
DribbleBot, um nome dado a um autômato cuja funcionalidade o jornal descreve como “Dexterous Ball Manipulation with a
Legged Robot,” é um Unitree Go1. A máquina pode driblar uma bola de futebol nas mesmas condições do mundo real que os humanos que não têm acesso a um campo de futebol real. Para aqueles de nós que têm experiência em jogar futebol de baixo custo onde quer que não gritem, grama plana e lisa costuma ser um luxo inatingível. Infelizmente, o mundo real está cheio de raízes de árvores, pedras, cascalho, neve e todos os tipos de outras coisas que fazem as bolas de futebol se comportarem de maneira imprevisível – e me causam problemas nos joelhos. Este é o tipo de terreno que o DribbleBot está aprendendo a lidar.
O robô está usando apenas sensoriamento e computação a bordo para esta tarefa e foi treinado extensivamente por meio de aprendizado por reforço em simulação. Na verdade, há muita coisa acontecendo com o drible: como diz o jornal, “o drible bem-sucedido envolve ajustar os movimentos das pernas para aplicar forças direcionadas enquanto o robô se move, se equilibra e orienta sua posição em relação a uma bola em movimento”. Mas se você puder olhar além do aspecto específico do futebol, o problema real que está sendo resolvido aqui é a locomoção de pernas enquanto manipula um objeto adversário ocasional no mundo real. Isso obviamente abre outras aplicações potenciais. Mesmo que o futebol fosse o único aplicativo, eu escolheria totalmente o DribbleBot para o meu time.
DribbleBot: Manipulação Dinâmica de Pernas na Naturezade Yandong Ji, Gabriel B. Margolis e Pulkit Agrawal do MIT, será apresentado no ICRA 2023 em Londres.
Captura ágil de objetos da UZH
Eu diria que uma das coisas mais impressionantes que os animais (incluindo humanos) podem fazer é pegar. E fazemos isso sem esforço – há um pequeno objeto voando em sua direção que você precisa detectar, rastrear, estimar sua trajetória e, em seguida, acionar vários músculos diferentes para garantir que sua mão esteja exatamente no lugar certo na hora certa, e geralmente você só tem alguns segundos para fazer tudo isso acontecer. É incrível que sejamos capazes de fazer isso, então é compreensível que essa confluência de tarefas torne a captura um problema especialmente espinhoso para os robôs.
O maior problema para os robôs em uma tarefa como essa é o tempo relativamente curto que eles têm para sentir, pensar e reagir. As câmeras convencionais pioram esse problema, e é por isso que os pesquisadores da UZH estão confiando nas câmeras de eventos. Já escrevemos bastante sobre câmeras de eventos, mas basicamente elas são um tipo de câmera que detecta apenas movimento, mas pode fazê-lo quase instantaneamente. Ao reduzir drasticamente a latência de percepção em relação a uma câmera tradicional, o robô é capaz de detectar, rastrear e estimar um local de captura para uma bola lançada de 4 metros de distância e viajando a até 15 m/s.
A manobra de captura foi treinada em simulação e executada na vida real em um quadrúpede ANYmal-C, que exibe alguns comportamentos impressionantes de auto-sacrifício, como estocadas. Uma taxa geral de sucesso de 83% não é nada ruim, e os pesquisadores apontam que esta é apenas uma “primeira demonstração de trabalho” e que há muito espaço para otimização. A coisa realmente importante aqui é dar aos robôs quadrúpedes novos recursos, adicionando câmeras de eventos a um arsenal de detecção que foi sugado em câmera estéreo e lidar com terra por muito tempo. Especialmente considerando as novas habilidades dinâmicas que vimos recentemente nos quadrúpedes, as câmeras de eventos podem desbloquear todos os tipos de novos recursos que dependem da percepção rápida de objetos em movimento.
Captura de objetos ágeis baseada em eventos com um robô quadrúpedede Benedek Forrai, Takahiro Miki, Daniel Gehrig, Marco Hutter e Davide Scaramuzza da UZH, será apresentado no ICRA 2023 em Londres.
Quadrúpede da CMU permanece equilibrado
O equilíbrio é uma habilidade que você acha que os robôs seriam excelentes, porque podemos equipá-los com peças de hardware extremamente sensíveis que podem dizer a eles como eles estão se movendo com um nível impressionante de precisão. Mas, um robô saber exatamente o quão desequilibrado está é diferente de um robô robô ser capaz de se reequilibrar. Um problema que muitos (se não a maioria) dos robôs com pernas têm quando se trata de equilíbrio é que eles têm uma quantidade limitada de atuação do tornozelo e do pé. Alguns humanóides o têm, e você pode ver por si mesmo como é importante tirar os sapatos e ficar em um pé só – preste atenção aos movimentos corretivos constantes vindos de todos aqueles músculos minúsculos do tornozelo, pé e dedos. Mesmo os robôs humanóides mais sofisticados não têm esse nível de controle e, com os quadrúpedes, eles geralmente só têm pés pontudos para trabalhar. É por isso que, na hora de equilibrar, eles precisam de uma ajudinha.
Aww, basta olhar para aqueles pequenos passos adoráveis! Infelizmente, os adoráveis pequenos passos não estão fazendo o trabalho de evitar que o robô tombe. Por isso, você pode agradecer às rodas de reação montadas em sua parte traseira. Você notará que o robô anda com duas pernas por vez, o que significa que apenas duas pernas o mantêm fora do chão, e isso não é suficiente para que o robô se mantenha estável. As rodas de reação compensam girando para cima e para baixo para exercer torque no corpo do robô, independentemente de suas pernas. Se isso parece trapaça para você, bem, você pode pensar nas rodas de reação como o equivalente a uma cauda, que muitos animais (e alguns robôs) usam como um sistema de controle suplementar.
Os pesquisadores sugerem que uma versão menor e mais leve dessas rodas de reação poderia ser integrada de forma útil em muitos designs de robôs com pernas e ajudaria todos eles a cruzar vigas de equilíbrio com sucesso. Para a pequena minoria de robôs que não cruzam travessas de equilíbrio em tempo integral, as rodas de reação seriam uma fonte adicional de estabilidade, tornando-os mais capazes de (entre outras coisas) suportar os empurrões e chutes obrigatórios que cada robô quadrúpede em um laboratório de robótica tem que suportar.
Equilíbrio aprimorado para robôs com pernas usando rodas de reaçãode Chi-Yen Lee, Shuo Yang, Benjamin Bokser e Zachary Manchester da CMU, será apresentado no ICRA 2023 em Londres.
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