中國科研團隊讓機器人通過(guò)“看一看”“摸一摸”識別地形
中新網(wǎng)哈爾濱5月4日電 (徐鵬)哈爾濱工業(yè)大學(xué)5月4日發(fā)布消息,該校機電學(xué)院高海波教授團隊在野外足式機器人環(huán)境認知學(xué)習與自主導航方面取得重要進(jìn)展,相關(guān)成果可用于足式等復雜環(huán)境移動(dòng)機器人的自主星球探測、野外救援等任務(wù),并為物理智能系統提供典型案例。
動(dòng)物可通過(guò)對物理特征的理解去適應不斷變化的地形環(huán)境,為足式機器人的環(huán)境認知學(xué)習提供仿生學(xué)啟示。
然而,機器人實(shí)現類(lèi)似的認知行為卻面臨諸多挑戰。如何通過(guò)視覺(jué)和觸覺(jué)信息實(shí)現對地形物理特征的有效表征?如何總結歸納機器人與環(huán)境的交互經(jīng)驗?如何解決由于地面環(huán)境動(dòng)態(tài)變化造成的認知沖突?針對上述問(wèn)題,研究團隊提出足式機器人的環(huán)境物理特征類(lèi)動(dòng)物學(xué)習方法。
研究人員以法向或切向足地作用力學(xué)模型為基礎,設計了基于模型——數據的無(wú)監督學(xué)習框架。該研究首次提出具有認知沖突解決能力的增量式在線(xiàn)學(xué)習方法,使機器人能夠通過(guò)視覺(jué)與觸覺(jué)融合感知自主識別環(huán)境物理特征信息。
具體而言,在地面表征方面,團隊采用足地接觸模型表征地形的觸覺(jué)參數,讓機器人“摸一摸”地面就知道柔軟度和摩擦程度;另外,在機器視覺(jué)(“看一看”)方面,團隊提出無(wú)監督視覺(jué)特征提取方法,無(wú)需人類(lèi)參與,只需機器人自動(dòng)對比視野中不同地形紋理,即可自主完成。
為讓機器人通過(guò)“看一看”就能預測地形“摸”起來(lái)的感受,團隊將機器人實(shí)時(shí)采集的觸覺(jué)、視覺(jué)特征聚類(lèi)為知識群集,并通過(guò)映射網(wǎng)絡(luò )將視覺(jué)特征和觸覺(jué)特征聯(lián)系起來(lái)。
最后,團隊開(kāi)展了豐富的室內外感知和導航試驗,證明該方法可有效助力機器人實(shí)現地面物理特征感知與預測,并在動(dòng)態(tài)環(huán)境中學(xué)習和調整其認知模型,最終安全執行復雜的導航避障任務(wù)。
相關(guān)研究成果以《足式機器人的環(huán)境物理特征類(lèi)動(dòng)物學(xué)習》(Learning physical characteristics like animals for legged robots)為題,并以封面論文形式發(fā)表在《國家科學(xué)評論》(National Science Review,NSR)上。(完)
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