Un algoritmo aiuta i robot a cadere in sicurezza

In un'importante competizione di robotica tenutasi a giugno, diversi robot multimilionari hanno lottato per eseguire anche compiti semplici come salire una rampa di scale; alcuni addirittura si sono rovesciati con quello che sembrava tempismo comico impeccabile . Ma alcune di queste divertenti cazzate hanno provocato danni devastanti agli strumenti, ai motori e ad altri componenti dei robot.

Un robot Atlas gestito da un team dell'Institute for Human & Machine Cognition si rovescia durante la DARPA Robotics Challenge.

Fortunatamente per questi stupidi robot, i ricercatori stanno esplorando modi per consentire ai robot di cadere in modo più aggraziato e sicuro. Il lavoro diventerà importante man mano che i robot verranno utilizzati in ambienti più complessi e quando gli ingegneri sperimenteranno macchine che si muovono su gambe anziché su ruote.

I ricercatori della Georgia Tech si sono ispirati al modo in cui le persone interrompono una caduta sporgendo un braccio o una gamba durante la discesa. Quando cadi, provi a dissipare energia, dice Karen Liu , una professoressa di informatica alla Georgia Tech che ha svolto il lavoro con il suo allora studente laureato Sehoon Ha, che ora lavora alla Disney Research Pittsburgh. E ogni volta che entri in contatto con il suolo, parte di quell'energia viene dissipata.

Liu e Ha hanno ideato un algoritmo che consente a un robot sbilanciato di capire come contorcere il proprio corpo in modo che colpisca il suolo con meno forza. L'algoritmo calcola come creare un numero di punti di contatto con il suolo per disperdere lo slancio della caduta.

In una conferenza in Germania il mese scorso, la coppia Georgia Tech ha descritto di testare l'algoritmo con un piccolo robot umanoide chiamato BioloideGP , e nelle simulazioni di un grande umanoide chiamato Atlante . Quest'ultimo è stato sviluppato da una società chiamata Boston Dynamics , specializzato nella produzione di macchine con gambe avanzate ed è ora di proprietà di Google. Diverse squadre coinvolte nell'evento di giugno hanno utilizzato i robot Atlas. All'evento, chiamato il Sfida di robotica DARPA , i robot telecomandati hanno gareggiato per eseguire una serie di compiti, tra cui guidare un carrello da golf, aprire una serie di porte e azionare un trapano elettrico.

L'evento DARPA aveva principalmente lo scopo di simulare i problemi che un robot avrebbe incontrato durante l'assistenza in una centrale nucleare colpita, ma ha anche messo in evidenza le restanti sfide per i robot che mirano a lavorare praticamente in qualsiasi ambiente umano normale (vedi Perché i robot e gli esseri umani hanno lottato con la sfida di DARPA).

Matt De Donato , che ha guidato un team del Worchester Polytechnic Institute all'evento DARPA, afferma che la maggior parte dei partecipanti era più concentrata sul rimanere in piedi che sull'elaborare modi migliori per cadere, soprattutto perché ogni caduta comportava una pesante penalità di tempo. Per ridurre al minimo i danni, il robot Atlas gestito dal suo team, in collaborazione con i ricercatori della CMU, spegneva i suoi attuatori e si afflosciava quando rilevava una caduta. Ma DeDonato, il cui team è riuscito a mantenere il robot in posizione verticale durante l'evento DARPA, afferma che l'area deve essere esplorata man mano che più robot verranno commercializzati. A volte sei sicuro di cadere, dice.

Marc Raibert, fondatore di Boston Dynamics, ora parte di Google, e pioniere della robotica con le gambe, afferma che il suo team ha iniziato a pensare a come proteggere un robot in caduta durante lo sviluppo di una macchina a quattro zampe chiamata BigDog. La prima idea era che gli arti si bloccassero quando veniva rilevata una caduta. Ciò ha fatto sì che gli arti agissero come lunghe leve che applicano grandi forze alle articolazioni quando gli arti colpiscono il suolo, dice. In realtà abbiamo rotto alcune gambe dal robot, quindi abbiamo riprogrammato BigDog per rilassare le articolazioni durante una caduta. Tutti i robot che costruiamo ora fanno qualcosa del genere quando rilevano di aver perso l'equilibrio.

Lui dice che il suo gruppo è anche interessato a escogitare modi in cui i robot evitino di ferire le persone se cadono. Ciò potrebbe comportare un bilanciamento in modo tale da rendere più improbabile la caduta verso una persona, dice.

L'approccio sviluppato finora è tuttavia limitato dalle capacità di rilevamento e dalla potenza di calcolo della maggior parte dei robot. Per i loro esperimenti, il team della Georgia Tech ha utilizzato un accelerometro nella testa del robot fisico e telecamere di acquisizione del movimento esterne. Liu osserva che la complessità del calcolo del modo migliore per cadere spiega perché così tanti animali, inclusi gli umani, hanno un sistema nervoso che reagisce automaticamente.

Ecco perché abbiamo i riflessi, dice Liu. Stiamo pensando di costruire qualcosa come un sistema nervoso per i robot.

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