Čtyřnohý robot hraje badminton s pomocí umělé inteligence

V laboratoři robotických systémů na ETH Zurich vytvořili inženýři ANYmal-D, čtyřnohého robota, který dokáže hrát badminton s lidmi.

Tento projekt propojuje robotiku, umělou inteligenci a sport, ukazující, jak pokročilí roboti zvládají dynamické, rychlé hry.

Design a schopnosti ANYmal-D otevírají nové možnosti pro spolupráci člověka a robota ve sportu i jinde.

Badminton je hra vyžadující rychlé nohy, rychlé reakce a přesnou koordinaci ruka-oko. Aby dali robotovi šanci na kurtu, tým z ETH Zurich vybavil ANYmal-D čtyřmi nohami pro stabilitu a obratnost, dynamickou paží pro údery raketou a stereokamerou pro sledování míčku. Robot používá regulátor založený na posilujícím učení, který mu umožňuje předvídat a reagovat na pohyb míčku v reálném čase. ANYmal-D se dokáže pohybovat po kurtu, upravovat držení těla a načasovat údery, udržujíc výměny s lidskými hráči až do 10 úderů.

Stereokamera ANYmal-D slouží jako jeho oči, neustále sleduje míček. Robot používá „model šumu vnímání“ k porovnání toho, co vidí, s daty ze svého tréninku, což mu pomáhá sledovat míček i při nepředvídatelném pohybu. Robot se může naklánět, aby si míček udržel v zorném poli, napodobujíc, jak se lidský hráč naklání pro složitý úder.

Koordinace nohou a paže je pro jakéhokoli robota náročná. Tým ETH Zurich vyvinul jednotnou řídicí strategii pomocí posilujícího učení, která umožňuje ANYmal-D pohybovat se a mávat jako koordinovaný celek. Tento systém byl trénován v simulaci, takže se robot naučil, jak zvládat širokou škálu úderů a situací předtím, než vstoupil na skutečný kurt.

ANYmal-D kombinuje robustní čtyřnohého základnu s DynaArm a jeho raketa je nastavena pod úhlem 45 stupňů pro efektivní údery. Odhad stavu robota probíhá na 400 Hz, řídicí strategie se aktualizuje na 100 Hz a systém vnímání pracuje na 60 Hz. To vše běží na modulu Jetson AGX Orin, díky čemuž je robot citlivý a připravený k akci.

Zajištění plynulé spolupráce nohou a paže robota je velká výzva. Většina robotů tyto úkoly řeší odděleně, ale to omezuje obratnost. Kombinace lokomoce a ovládání paže do jednoho systému umožňuje ANYmal-D upravovat držení těla a chůzi na základě dráhy míčku, čímž se pohybuje více jako lidský hráč.

Roboti nemají lidské oči, takže jejich kamery mohou mít problémy s frekvencí snímků a zorným polem. Vnímání-vědomý regulátor ANYmal-D udržuje plynulý pohyb kamery, neustále sleduje míček. Model šumu vnímání pomáhá překlenout propast mezi simulací a skutečnými zápasy, čímž se robot stává spolehlivějším během her.

Přenesení ANYmal-D z laboratoře na badmintonový kurt znamenalo řešení praktických problémů, jako jsou omezení výkonu a komunikační zpoždění. Navzdory těmto výzvám se robot dokázal vyrovnat s lidskými hráči, reagovat na různé rychlosti úderů a místa dopadu a udržovat výměny, které ukázaly jeho přizpůsobivost a dovednosti.

V kooperativních hrách s amatérskými hráči ANYmal-D sledoval, zachytil a vrátil míčky s působivou konzistencí. V průměru trvalo asi 0,357 sekundy zpracovat trajektorii míčku po úderu člověka, čímž zbylo něco přes půl sekundy na zaujetí pozice a provedení úderu. Ačkoli nevrátil každý míček, schopnost robota udržovat výměny a přizpůsobovat se tempu hry zdůrazňuje, jak daleko robotika ve scénářích dynamických sportů pokročila.

ANYmal-D skutečně ukazuje, jak daleko robotika pokročila, zejména pokud jde o práci s lidmi v dynamických aktivitách, jako je badminton. Je zajímavé vidět robota, který se nejen drží na kurtu, ale skutečně si vyměňuje údery s lidskými hráči a přizpůsobuje se hře, jak se odvíjí. Jak se tyto technologie dále zdokonalují, je snadné si představit více robotů, kteří se k nám připojí v nejrůznějších sportech a aktivitách, čímž se hra a týmová práce stanou ještě zábavnějšími pro všechny.