Čína cvičí roboty, aby skákali jako kočky a mohli tak prozkoumávat asteroidy

Výzkumný tým z Charbinského technologického institutu (Čína), inspirovaný schopností koček otáčet se a přistávat, použil posilovací učení (RL) – typ umělé inteligence (AI) – k výcviku robotů, aby si upravovali držení těla ve vzduchu při skákání přes drsné povrchy s nízkou gravitací na asteroidech.

Čínský výzkumný tým vycvičil čtyřnohého robota, aby si upravoval polohu těla a přistával jako kočka, aby se mohl pohybovat po povrchu asteroidu. (Foto: SCMP)

Na rozdíl od tradičních systémů, které se spoléhají na specializovaný, ale robustní stabilizační hardware, robot používá „bezmodelový“ řídicí systém pro koordinovaný pohyb svých čtyř nohou. To umožňuje robotovi upravovat náklon a měnit směr pohybu ve vzduchu, uvádějí vědci v časopise Journal of Astronautics.

Výzkum se zabývá klíčovým problémem skákání robotů při pohybu na asteroidech, kde má prostředí nízkou gravitaci a i nepatrná nerovnováha sil v nohou může způsobit, že se robot bude nekontrolovatelně otáčet, neúspěšně přistát nebo se zcela odrazí od povrchu.

„V prostředí s nízkou gravitací asteroidů zažívají roboti během každého skoku dlouhé periody volného pádu. Je důležité využít tento čas k úpravě vychýlení způsobeného skokem, k zajištění bezpečného přistání nebo ke změně úhlu natočení pro úpravu směru pohybu,“ uvedl tým ve zprávě.

„Byla navržena a postavena platforma pro simulaci mikrogravitace, čímž se ověřila účinnost této metody skákání prostřednictvím experimentů na prototypu čtyřnohého robota,“ dodal výzkumný tým.

Asteroidy jsou pozůstatky formování sluneční soustavy a drží klíč k rozluštění jejího původu. Jsou také bohaté na zdroje, jako je platina a další vzácné kovy, které by mohly napomoci budoucímu výzkumu vesmíru a průmyslovým aplikacím.

Výzvy na povrchu asteroidu

Vesmírné agentury v Evropě, Japonsku a USA dosud úspěšně přistály na asteroidech s kosmickými sondami za účelem odběru vzorků, ale žádná z nich zatím nenasadila rovery schopné dlouhodobého průzkumu povrchu.

Tradiční kolová vozidla, jako jsou ta používaná na Měsíci a Marsu, čelí v prostředí asteroidů problémům, protože slabá gravitace, obvykle jen několik tisícin zemské, neposkytuje dostatečnou trakci pro efektivní provoz kol.

Aby se tato omezení vyřešila, vědci navrhli pro budoucí mise použít skákací roboty, ale to s sebou nese novou sadu výzev.

Pokaždé, když robot skočí, zůstává ve vzduchu asi 10 sekund, což je dostatečně dlouho na to, aby nevyvážené síly nohou způsobily, že se robot nekontrolovatelně roztočí, nebo se dokonce odrazí od povrchu a unese se do vesmíru.

Tým z Harbinu použil RL k trénování robota ve virtuální simulaci. Během sedmi hodin se umělá inteligence učila ze svých experimentálních chyb a zdokonalovala své pohyby, aby stabilně přistála. Systém umělé inteligence robota prokázal schopnost upravit jeho orientaci, včetně náklonu (dopředu nebo dozadu), náklonu (naklonění do strany) a stáčení (úhlu natočení), během několika sekund.

Například při startu vpřed s velkým náklonem až 140 stupňů dokáže robot stabilizovat svou polohu během 8 sekund. Dokáže se také ve vzduchu otočit až o 90 stupňů a změnit tak směr pohybu.

Roboti jsou trénováni pomocí posilovacího učení. (Foto: SCMP)

Aby ověřili účinnost systému, vědci postavili platformu pro simulaci mikrogravitace, která umožňuje robotovi „vznášet se“ na povrchu téměř bez tření.

Ačkoli byly experimenty omezeny na dvourozměrný pohyb, potvrdily účinnost systému a posílily výsledky simulací, uvedl tým.

Vědci navíc zjistili, že proces vyžaduje od robota jen velmi málo výpočetního výkonu. Lehká a energeticky úsporná konstrukce systému ho činí obzvláště vhodným pro mise průzkumu hlubokého vesmíru.

V budoucnu by tento systém mohl mít širokou škálu uplatnění, od vědeckého průzkumu až po těžbu zdrojů na asteroidech. Tým však uvedl, že je zapotřebí dalšího výzkumu, aby se zlepšila schopnost umělé inteligence přizpůsobit se rozmanitému terénu a prostředí.

Hua Yu (Zdroj: SCMP)

Zdroj