จีนฝึกหุ่นยนต์ให้กระโดดเหมือนแมวเพื่อสำรวจดาวเคราะห์น้อย

ทีมนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีฮาร์บิน (ประเทศจีน) ได้รับแรงบันดาลใจจากความสามารถในการหมุนตัวและลงจอดของแมว จึงได้ใช้การเรียนรู้แบบเสริมแรง (RL) ซึ่งเป็นประเภทหนึ่งของปัญญาประดิษฐ์ (AI) เพื่อฝึกหุ่นยนต์ให้ปรับท่าทางในอากาศเมื่อกระโดดข้ามพื้นผิวขรุขระที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำบนดาวเคราะห์น้อย

ทีมนักวิจัยชาวจีนฝึกหุ่นยนต์สี่ขาให้ปรับท่าทางและลงจอดเหมือนแมวเพื่อเคลื่อนที่บนพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อย (ภาพ: SCMP)

หุ่นยนต์ใช้ระบบควบคุมแบบ “ไร้แบบจำลอง” เพื่อขยับขา 4 ขาอย่างสอดประสานกัน ซึ่งแตกต่างจากระบบดั้งเดิมที่ต้องใช้ฮาร์ดแวร์พิเศษเพื่อรักษาเสถียรภาพซึ่งมีน้ำหนักมาก นักวิจัยรายงานในวารสาร Astronautics ว่า หุ่นยนต์สามารถปรับความเอียงและเปลี่ยนทิศทางการเดินทางในอากาศได้

งานวิจัยนี้ได้กล่าวถึงความท้าทายหลักในการกระโดดของหุ่นยนต์ขณะเคลื่อนที่บนดาวเคราะห์น้อย ซึ่งสภาพแวดล้อมมีแรงโน้มถ่วงต่ำ และแรงขาที่ไม่สมดุลเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้หุ่นยนต์หมุนอย่างควบคุมไม่ได้ ลงจอดไม่สำเร็จ หรือเด้งออกจากพื้นผิวโดยสิ้นเชิงได้

“ในสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำของดาวเคราะห์น้อย หุ่นยนต์จะต้องเผชิญกับการตกอิสระเป็นระยะเวลานานในแต่ละครั้งที่กระโดด ดังนั้นจึงมีความสำคัญที่จะต้องใช้เวลานี้เพื่อปรับการเบี่ยงเบนที่เกิดจากการกระโดด เพื่อให้แน่ใจว่าจะลงจอดได้อย่างปลอดภัย หรือเพื่อเปลี่ยนมุมการหมุนเพื่อปรับทิศทางการเคลื่อนที่” ทีมวิจัยกล่าวในรายงาน

“มีการออกแบบและสร้างแพลตฟอร์มจำลองแรงโน้มถ่วงจุลภาค ซึ่งช่วยยืนยันประสิทธิภาพของวิธีการกระโดดนี้ผ่านการทดลองกับต้นแบบหุ่นยนต์สี่ขา” ทีมวิจัยกล่าวเสริม

ดาวเคราะห์น้อยเป็นซากของการก่อตัวของระบบสุริยะและถือเป็นกุญแจสำคัญในการไขปริศนาต้นกำเนิดของระบบสุริยะ นอกจากนี้ยังอุดมไปด้วยทรัพยากร เช่น แพลตตินัมและโลหะหายากอื่นๆ ซึ่งอาจช่วยในการสำรวจอวกาศและการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมในอนาคต

ความท้าทายบนพื้นผิวดาวเคราะห์น้อย

จนถึงขณะนี้ หน่วยงานอวกาศในยุโรป ญี่ปุ่น และสหรัฐฯ ประสบความสำเร็จในการส่งยานอวกาศไปบนดาวเคราะห์น้อยเพื่อเก็บตัวอย่าง แต่ยังไม่มีหน่วยงานใดส่งรถสำรวจที่มีความสามารถในการสำรวจพื้นผิวในระยะยาว

ยานสำรวจล้อแบบดั้งเดิม เช่น ยานที่ใช้บนดวงจันทร์และดาวอังคาร เผชิญกับความท้าทายในสภาพแวดล้อมที่มีดาวเคราะห์น้อย เนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่อ่อน ซึ่งโดยทั่วไปมีเพียงไม่กี่พันของโลกเท่านั้น ไม่สามารถให้แรงยึดเกาะเพียงพอที่ทำให้ล้อทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เพื่อแก้ไขข้อจำกัดเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์ ได้เสนอให้ใช้หุ่นยนต์กระโดดสำหรับภารกิจในอนาคต แต่การทำเช่นนั้นก็นำมาซึ่งความท้าทายใหม่ ๆ

ทุกครั้งที่กระโดด หุ่นยนต์จะลอยอยู่กลางอากาศประมาณ 10 วินาที ซึ่งนานพอที่แรงขาที่ไม่สมดุลจะทำให้หุ่นยนต์หมุนอย่างควบคุมไม่ได้หรืออาจถึงขั้นเด้งออกจากพื้นผิวและลอยขึ้นไปในอวกาศได้

ทีมงานจากฮาร์บินใช้ RL ในการฝึกหุ่นยนต์ในการจำลองเสมือนจริง เป็นเวลากว่าเจ็ดชั่วโมง AI ได้เรียนรู้จากข้อผิดพลาดในการทดลองและปรับปรุงการเคลื่อนไหวเพื่อลงจอดอย่างมั่นคง ระบบ AI ของหุ่นยนต์ได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการปรับทิศทาง รวมถึงการเอียง (การเอนไปข้างหน้าหรือข้างหลัง) การเอียง (การเอียงไปด้านข้าง) และการหันเห (มุมการหมุน) ในเวลาเพียงไม่กี่วินาที

ตัวอย่างเช่น เมื่อพุ่งไปข้างหน้าด้วยการเอียงมากถึง 140 องศา หุ่นยนต์จะสามารถทรงตัวได้ภายใน 8 วินาที นอกจากนี้ ยังสามารถหมุนกลางอากาศได้มากถึง 90 องศาเพื่อเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่อีกด้วย

หุ่นยนต์ได้รับการฝึกฝนโดยใช้การเรียนรู้แบบเสริมแรง (ภาพ: SCMP)

เพื่อยืนยันประสิทธิภาพของระบบ นักวิจัยจึงได้สร้างแพลตฟอร์มจำลองแรงโน้มถ่วงจุลภาคที่ทำให้หุ่นยนต์ "ลอย" บนพื้นผิวที่แทบไม่มีแรงเสียดทาน

ทีมงานกล่าวว่า ถึงแม้จะจำกัดอยู่เพียงการเคลื่อนไหวสองมิติ แต่การทดลองก็ยืนยันถึงประสิทธิภาพของระบบและเสริมความแข็งแกร่งให้กับผลลัพธ์จากการจำลอง

นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังพบว่ากระบวนการดังกล่าวต้องการพลังประมวลผลจากหุ่นยนต์เพียงเล็กน้อย การออกแบบระบบที่มีน้ำหนักเบาและประหยัดพลังงานทำให้เหมาะเป็นพิเศษสำหรับภารกิจสำรวจอวกาศลึก

ในอนาคต ระบบนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย ตั้งแต่ การสำรวจ ทางวิทยาศาสตร์ไปจนถึงการขุดทรัพยากรบนดาวเคราะห์น้อย อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยกล่าวว่าจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงความสามารถของ AI ในการปรับตัวให้เข้ากับภูมิประเทศและสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย

หัวหยู (ที่มา: SCMP)

แหล่งที่มา