Robotička ruka iz ETH Zurich-a hoda na prstima, ustaje nakon pada i tipka po tastaturi

Istraživači s švicarskog univerziteta ETH Zurich naučili su komercijalnu robotsku ruku da hoda na vrhovima prstiju, ustane nakon pada, pa čak i da tipka na tastaturi dok se pritom održava u ravnoteži na ostalim prstima. Zamisao je da robotska ruka jednog dana može raditi u prostorima u koje tijelo robota ne može ući.

Kako je za ScienceAlert objasnio robotičar Robert Katzschmann, budući robot mogao bi poslati svoju ruku u prostor u koji njegovo tijelo ne može, da nešto pregleda, upravlja kontrolama ili pomjera predmet, a zatim je vrati. Studija, objavljena kao preprint na platformi arXiv i još nije prošla recenziju, istražuje kako te sposobnosti ugraditi u komercijalno dostupnu ruku bez prepravljanja njenih prstiju.

Učenje kroz nagrađivanje

Tim, kojeg čine Amirhossein Kazemipour, Hehui Zheng i Katzschmann, krenuo je od robotske ruke WUJI, kojoj su dodali bateriju, malo računalo i senzor kretanja. Cijela konstrukcija teži 818 grama, a napajanje i računarska oprema nalaze se na njenim leđima.

Prvi izazov bili su sami prsti — različitih su dužina, a palac je smješten postrance, što otežava hodanje, pojasnio je Kazemipour, prvi autor studije i doktorski istraživač. „Prsti također moraju održavati ruku u ravnoteži dok interaguje s predmetima.“ Prsti istovremeno moraju obezbijediti i kretanje i potporu, jer ruku, za razliku od uobičajenih robotizovanih šaka, ne pozicionira robotska ruka.

Kontrolni softver treniran je u simulaciji metodom pojačanog učenja: korisni pokreti, poput napredovanja u traženom smjeru, nagrađivani su bodovima, a nepoželjni, poput prekomjernog ljuljanja, kažnjeni. Kroz ponovljene pokušaje sistem je naučio koji pokreti donose najviše bodova. Svaki vrh prsta dobio je referentni položaj na osnovu početnog stava ruke, a udaljavanje od njega smanjivalo je rezultat, uz više slobode u smjeru kretanja. Prijenos naučenih pokreta na stvarnu ruku zahtijevao je mjerenja kako zglobovi reagiraju na komande i kako se vrhovi prstiju ponašaju na podlozi. „Ključ je bio prilagoditi trening obliku ruke i pažljivo uskladiti simulaciju sa stvarnim hardverom“, rekao je Kazemipour.

Testiranje na 14 podloga

Ruka je u demonstracijama prehodala 14 različitih podloga, uključujući drveni pod, metalnu rešetku, travu i šljunak. Operater je komande slao preko gejmpada, dok je ugrađeni softver koordinirao prste i ravnotežu bez kamera. Na testovima upravljanja na strunjači postizala je prosječno 9,3 centimetara u sekundi u 21 vožnji. Ustanuti nakon pada uspjela je u 21 od 25 pokušaja, a u preostala četiri prsti su se zapleli jedni o druge.

Uz kretanje i ravnotežu, tim je testirao može li jedan prst napustiti tlo i obaviti zadatak. Uz posebno treniran kontroler, ruka je pritisnula ispravnu strelicu na tastaturi u 29 od 32 uzastopne komande, što joj je omogućilo da unosi poteze u Sokoban, slagalicu u kojoj se kutije guraju na odgovarajuća mjesta — poteze je birao čovjek, a ruka je radila bez vizualne povratne informacije. Guranje stvarnog predmeta zahtijevalo je drugačiji pristup: kamera iznad pratila je ruku i kocku, omogućavajući ruci da priđe kocki i gura je prema cilju ostajući u ravnoteži.

Sljedeći korak, navodi tim, jest objediniti ove vještine u duže zadatke, poboljšati pouzdanost i dodati rudi vlastiti vid. Vanjske demonstracije još ne pokazuju koliko bi pouzdano ruka rukovala na nepoznatom terenu. U planu su i automatsko odvajanje ruke od većeg robota i ponovno povezivanje. Katzschmann je dodao da bi mehanizmi slični mišićima jednog dana mogli omogućiti rukama da prilagođavaju svoju krutost za nježniji dodir.