Yumşaq Robotlar Üçün Yeni Nəzarət Sistemi: Təhlükəsiz Təmas Qabiliyyəti MIT Alimlərindən

Təsəvvür edin ki, elastik, yumşaq robot qolu üzüm salxımının və ya brokolinin ətrafına səliqə ilə əyilir, obyekti qaldırarkən tutuş gücünü real vaxtda tənzimləyir. Təhlükəsizlik baxımından ətraf mühitlə təmasdan qaçmağı hədəfləyən ənənəvi sərt robotlardan fərqli olaraq, bu yeni robot kiçik qüvvələri hiss edir və insan əlinin təbii elastikliyinə bənzər şəkildə əyilir. Robotun hər bir hərəkəti, tapşırığı səmərəli yerinə yetirərkən həddindən artıq güc tətbiq etməkdən qaçmaq üçün hesablanır. MIT-nin Kompüter Elmləri və Süni İntellekt Laboratoriyasında (CSAIL) və İnformasiya və Qərar Sistemləri Laboratoriyasında (LIDS) aparılan bu işlər, robotların insanlarla və zərif əşyalarla təhlükəsiz qarşılıqlı əlaqəsini təmin edən mürəkkəb riyaziyyatın, dəqiq mühəndisliyin və uzaqgörən bir vizyonun nəticəsidir. Yumşaq robotlar deformasiya olunan gövdələri sayəsində tibbi xidmətlərdə yardımçı olmaq və ya sənayedə kövrək məhsulları idarə etmək kimi sahələrdə insanların yanında problemsiz hərəkət edə biləcək gələcəyi vəd edir. Lakin onların elastikliyi idarəetməni çətinləşdirir; kiçik əyilmələr qeyri-müəyyən qüvvələr yarada, bu da zədələnmə riskini artırır. Buna görə də yumşaq robotlar üçün təhlükəsiz idarəetmə strategiyalarına ehtiyac var.

Mütəxəssislər, sərt robotlar üçün mövcud olan təhlükəsiz nəzarət metodlarından ilhamlanaraq, bu fikirləri yumşaq robotlara uyğunlaşdırmağı hədəfləyiblər. Onlar təmasdan qaçmaq əvəzinə, təması idarə edərək daha yüksək məhsuldarlıq əldə etməyə çalışırlar. Komanda, mürəkkəb dinamikaya nəzarət edən qeyri-xətti nəzarət nəzəriyyəsini, qabaqcıl fiziki modelləşdirmə üsulları və effektiv real-vaxt optimallaşdırmasını birləşdirən yeni bir sistem yaratdı. Bu yanaşmaya “təmasa həssas təhlükəsizlik” deyilir. Sistemin əsasında Yüksək Səviyyəli Nəzarət Sərhəd Funksiyaları (HOCBFs) və Yüksək Səviyyəli Nəzarət Lyapunov Funksiyaları (HOCLFs) dayanır. HOCBF-lər təhlükəsiz işləmə sərhədlərini müəyyən edir, robotun təhlükəli qüvvə tətbiq etməsinə icazə vermir. HOCLF-lər isə robotu məqsədinə çatdırmaq üçün təhlükəsizlik və performans arasında balans yaradır. Aparıcı müəllif Kiwan Vonq bildirir ki, bu yanaşma mürəkkəb dinamikaların, təmas modellərinin və nəzarət məhdudiyyətlərinin mürəkkəb derivasiyasını əhatə edir, lakin nəzarət məqsədlərinin və təhlükəsizlik maneələrinin müəyyən edilməsi olduqca sadədir. Nəticədə robotun rəvan hərəkət etdiyini, təmasa reaksiya verdiyini və heç vaxt təhlükəli vəziyyət yaratmadığını aydın görmək mümkündür.

Bu nəzarət strategiyasının təməlində, robotun necə deformasiyaya uğrayacağını və qüvvələrin harada toplanacağını proqnozlaşdıran Parçalı Cosserat-Seqment (PCS) dinamik modeli yer alır. Bu model sistemin robotun gövdəsinin mühitlə mürəkkəb qarşılıqlı əlaqəyə necə cavab verəcəyini əvvəlcədən görməsinə şərait yaradır. Bunu Differentiable Conservative Separating Axis Theorem (DCSAT) adlı alqoritm tamamlayır. DCSAT yumşaq robot ilə ətrafdakı maneələr arasındakı məsafələri qiymətləndirir. Əvvəlki məsafə ölçüləri ya təmas qüvvələrini qiymətləndirmək üçün zəruri olan nüfuz dərinliyini hesablaya bilmirdi, ya da təhlükəsizliyi poza biləcək qeyri-təminatlı qiymətləndirmələr verirdi. Bunun əksinə olaraq, DCSAT metodu ciddi şəkildə təminatlı, buna görə də təhlükəsiz qiymətləndirmələr verir. PCS və DCSAT-ın birləşməsi robota mühiti haqqında proaktiv proqnozlaşdırıcı məlumat verir ki, bu da daha təhlükəsiz qarşılıqlı əlaqələrə gətirib çıxarır. LIDS və CSAIL komandası bu sistemi robotun təhlükəsizliyini və adaptasiya qabiliyyətini sınamaq üçün bir sıra təcrübələrdə yoxladı. Bir testdə robot yumşaq bir səthə zərifcə basdı, qüvvəni aşmadan dəqiq bir səviyyədə saxladı. Digər bir sınaqda isə əyri bir obyektin konturlarını izlədi, sürüşmənin qarşısını almaq üçün tutuşunu tənzimlədi. Bu təcrübələr göstərir ki, sistem fərqli tapşırıqlara tətbiq edilə bilir və robot mürəkkəb ssenarilərdə aydın müəyyən edilmiş təhlükəsizlik limitlərinə riayət edərək hərəkət edir.

Təmasa həssas təhlükəsizliyə malik yumşaq robotlar xüsusilə yüksək riskli yerlərdə faydalı ola bilər. Səhiyyə xidmətində onlar cərrahiyyə əməliyyatlarında dəqiq manipulyasiya təmin edərək xəstələr üçün riski azalda bilərlər. Sənayedə davamlı nəzarət olmadan kövrək malları idarə edə bilərlər. Məişətdə isə uşaqlara və ya yaşlılara qulluq edərkən təhlükəsiz şəkildə qarşılıqlı əlaqəyə girməyə kömək edəcəklər. Bu, yumşaq robotların real mühitlərdə etibarlı tərəfdaşa çevrilməsi üçün mühüm irəliləyişdir. CSAIL-in direktoru Daniela Rus vurğulayır ki, yumşaq robotların böyük potensialı var, lakin təhlükəsizliyi təmin etmək hər zaman əsas çətinlik olub. Onlar robotun çevik və həssas qalmasını, eyni zamanda riyazi olaraq təhlükəsiz güc limitlərini aşmayacağına zəmanət verən bir sistem yaratmaq istəyirdilər. Gələcəkdə komanda bu metodları üçölçülü yumşaq robotlara tətbiq etməyi və adaptiv öyrənmə strategiyaları ilə birləşdirməyi planlaşdırır. Bu tədqiqat “Institute of Electrical and Electronics Engineers’ Robotics and Automation Letters” jurnalında dərc edilmişdir.