Het Amerikaanse technologie-instituut MIT heeft zijn cheeta-robot geleerd op een trap te klimmen en over ruig terrein te lopen op gevoel. Het gezichtsvermogen van de cheeta-robot is beperkt.
Met hun cheeta-robot experimenteren de ingenieurs van de werktuigbouwkunde-faculteit van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) met een specifiek ontwerpprincipe: gebruik niet zozeer zicht om de robot zijn bewegingen te laten bepalen, maar doe dat op basis van zijn contact met de ondergrond. ‘Zicht kan onduidelijk of onnauwkeurig zijn en is soms niet beschikbaar, dus als een robot daar volledig op vertrouwt moet hij steeds heel precies bepalen waar hij zich bevindt, en dat maakt hem langzaam’, aldus robotontwerper Sangbae Kim in een bericht van MIT over de cheeta-robot.
‘In plaats daarvan vertrouwt de robot vooral op wat hij voelt met zijn vier poten. Hij kan dan onbekende obstakels hanteren en toch snel zijn.’ Dat ‘gevoel’ is dan gebaseerd op data van de gyroscopen, versnellingsmeters en de stand van de gewrichten die zo aangeven waar de cheeta zich ten opzichte van de grond bevindt.
De nieuwe uitvoering van de cheeta (het is inmiddels model nummer 3) kan op trappen lopen en zijn balans herstellen als hij een onbekende kracht ondervindt. Dat alles is te danken aan twee nieuwe algoritmes die de MIT-ingenieurs ontwikkelden: eentje die contact detecteert en een ander die voorspellingen doet.
Is de grond waar ik mijn poot zet wel veilig?
Het contact-algoritme vertelt de robot wat het beste moment is om een van zijn poten die in de lucht zweeft op de grond te zetten. Komt de poot van de robot bijvoorbeeld op een hangend takje, dan zal hij zijn poot terugtrekken en ergens anders proberen neer te zetten, want de robot kan niet steunen op zo’n zachte ondergrond. ‘Het algoritme bepaalt wanneer het veilig is de poot neer te zetten.’
Het algoritme rekent daarbij voortdurend drie mogelijkheden uit: de kans dat de poot contact maakt met de grond, de kracht die de poot ondervindt wanneer die op de grond staat en de kans dat de poot in de lucht zal zweven. Een voorbeeld: stapt de cheeta-robot met een van zijn poten op een houten blok, dan verandert zijn positie. De nieuwe data worden dan onmiddellijk gebruikt om voor elke poot de drie mogelijkheden uit te rekenen. Het algoritme combineert die vervolgens om voor elke poot te bepalen of die moet worden neergezet of juist opgetild. Dat alles om te waarborgen dat de cheeta in balans blijft.
’We laten een cheeta net zo lopen als mensen dat doen als ze hun ogen dicht hebben. Dan loop je op de tast en reageer je op wat je tekenkomt’, aldus Kim. Zo moest de cheeta een trap oplopen met allerhande stukken hout op de treden. ‘De cheeta ziet die niet, maar moddert voort op zijn gevoel.’
Een halve seconde in de toekomst
Het voorspellende algoritme rekent uit wat de positie van het lichaam en de poten van de robot is. Het programma kijkt een halve seconde in de toekomst, uitgaande van een bepaalde kracht die door elk van de vier poten wordt uitgeoefend wanneer die op de grond komt. Krijgt de cheeta een duw van opzij, en staan zijn poten op de grond, dan rekent dit algoritme uit wat er met hem zou gebeuren wanneer elke poot een bepaalde kracht in de tegengestelde richting zou uitoefenen. Die berekening wordt 20 keer per seconde gedaan, zodat de robot in staat blijft zijn evenwicht te bewaren, ook als hem dat moeilijk wordt gemaakt door een van de medewerkers van het lab.
Kim: ‘De combinatie van beide algoritmen zorgt ervoor dat de poten de juiste kracht uitoefenen en secuur worden neergezet.’
Mensonvriendelijke omstandigheden
Het is de bedoeling dat de robot uiteindelijk wel met camera’s wordt uitgerust om zijn globale positie te kunnen bepalen en grotere objecten zoals een deur of een muur te herkennen.
De robot kan onder meer worden gebruikt voor de inspectie van ruimten waarvan het niet veilig is om daar mensen op af te sturen.
Eigenlijk geen cheeta
De MIT onderzoekers hebben hun robot vernoemd naar een cheeta, maar eigenlijk beweegt hij helemaal niet zoals een cheeta dat doet. Die haalt namelijk heel veel kracht en daarmee zijn snelheid uit de kromming van zijn rug, zo toonde Geert Folkertsma met zijn promotie-onderzoek aan. Lees ook ‘Robot rent als cheeta’.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.