Иновативен алгоритъм позволява на промишлените роботи да обмислят за секунди хиляди бъдещи сценарии

Готови ли сте за дългоочакваната лятна ваканция? Е, преди да заминете където и да е, трябва да опаковате багажа си – да сложите и подредите в куфара си всичко, което би ви било необходимо, както и да се уверите, че нищо няма да се счупи или повреди пътьом.

 

Тъй като сте хора, със сигурност можете да се справите с тази сложна задача без много усилия благодарение на абстрактното си и пространствено мислене, както и на уменията си бързо да обмисляте множество въображаеми бъдещи сценарии. Ако бяхте роботи обаче, това щеше да е изключително сложно предизвикателство, свързано с комплексно планиране, времеемки изчисления, редица ограничения по отношение на механичните възможности и липса на гаранция за успех.

 

Авангарден алгоритъм, разработен от широк интердисциплинарен екип от Масачузетския технологичен институт (MIT) и научноизследователското звено на NVIDIA – NVIDIA Research, е на път да промени това. Иновацията позволява на роботите, особено на системите, ангажирани с комплексна манипулация в индустрията и логистиката, да решават за секунди сложни настоящи и бъдещи проблеми, свързани с бързо предварително "обмисляне" на огромен брой потенциални възможности и едновременна оценка на приложимостта на хиляди евентуални планове за движение.

 

 

С мисъл за бъдещето

 

Ако могат да мислят за бъдещето, подобно на човека, роботите ще са способни за кратко време да идентифицират най-добрия възможен изход от дадена ситуация съобразно конструктивните си ограничения и лимитите на работната среда. Повечето съществуващи подходи към този въпрос насърчават роботите да тестват всеки потенциален сценарий поотделно, един след друг. Това обаче отнема твърде много време и често пъти се оказва неефективно.

 

Алгоритъмът, създаден от изследователите, разглежда хиляди възможни сценарии по едно и също време, и са му необходими броени секунди, за да реши многостепенни проблеми. Огромната изчислителна мощ, необходима за тази задача и позволяваща подобна впечатляваща скорост, се осигурява посредством графични процесори (GPU) вместо такива с общо предназначение (CPU).

 

Проектът получава подкрепа от Националната научна фондация (NSF) на САЩ, Службата за научни изследвания към военновъздушните сили и Службата за военноморски изследвания, центъра "Quest for Intelligence" към MIT, NVIDIA и Института по роботика и изкуствен интелект на САЩ.

 

 

Какви са възможните практически приложения?

 

Един робот в опаковъчен цех, склад или логистичен център би могъл с помощта на алгоритъма бързо да прецени как да подреди по оптимален начин в кутия или контейнер обекти с различна форма, размери и предназначение, без да ги счупи или повреди, без да събори нищо на земята или да допусне нежелан сблъсък, разказват разработчиците му. Това би било особено полезно в сектори и приложения, в които всяка секунда е от значение и коства средства, а оптималното решение трябва да бъде намерено възможно най-бързо.

 

Иновативният алгоритъм е от типа "TAMP" (Тask And Motion Planning) и позволява паралелно планиране на движения и изпълнение на задачи. В резултат се получава сложен план от последователности за извършване на конкретни операции в съчетание с необходимите за целта движения, включително работни параметри, позиции на шарнирните съединения и сегментите на манипулатора и ориентация на крайното изпълнително устройство или хващача.

 

Организирането на различни обекти в кутия например изисква от робота да обмисли предварително множество променливи, включително крайните местоположения и ориентация на предметите, така че да се поберат в наличното пространство, необходимите движения и операции за захващането и поставянето им и т. н. Същевременно системата трябва да избягва сблъсъци, както и да се съобразява с ограниченията, зададени от потребителя, например в какъв ред да бъдат поставени (или да могат да бъдат извадени) обектите. Джапанките и банските – най-отгоре в куфара, нали?

 

 

Нови възможности

 

За да направят всичко това възможно, изследователите от MIT и NVIDIA ускоряват TAMP алгоритъма чрез платформа за паралелни изчисления, която разглежда и оценява едновременно хиляди варианти. За целта тя първо отсява потенциално подходящите, като свежда вариантите до минимум, и непроизволно избира решение, което да тества. Сравняването на резултатите от отделните тестове дава възможност за идентифициране на оптимален сценарий.

 

Използваните за целта графични процесори (GPU) се оказват много по-мощни инструменти за подобни паралелни изчисления от процесорите с общо предназначение (CPU), което дава огромен капацитет на алгоритъма. Изпробван с реален манипулатор, той успява всеки път да намери подходящо решение на зададения сложен проблем в рамките на до 30 секунди, разкриват от екипа.

 

 

Алгоритъмът подлежи на генерализиране и използване за разнообразни приложения в индустрията и логистиката отвъд опаковането, например такива, изискващи използването на инструменти. В бъдеще създателите му планират допълнително да разширят възможностите му чрез големи и визуални езикови модели (vision language models). Това би позволило на промишлените роботи да съставят и изпълняват сложни планове от движения и операции дори само след подадена гласова или жестова команда от страна на оператора.

 

Източник: MIT; снимки: Dreamstime

Ключови думи: MIT   NVIDIA Research   промишлени роботи   индустриални роботи   алгоритъм   паралелно планиране   TAMP   манипулация   опаковане  

Област: Роботика