Робототехники из Швейцарского федерального технологического института Цюриха научили робособаку по имени ANYmal быстро перемещаться по корту, отслеживать движение волана, дотягиваться до него ракеткой и успешно перекидывать его через сетку.
Таким образом, исследователи подтвердили, что четвероногих роботов с искусственным интеллектом можно использовать в качестве соперников в «сложных и динамичных спортивных сценариях».
Как робособака стала бадминтонистом
Собакоподобный робот ANYmal весом 50 килограммов и ростом полметра уверенно передвигается по сложной местности на своих четырех, преодолевая препятствия.
Ранее исследователи обучали таких роботов приносить предметы и открывать двери. Однако координация управления конечностями и зрительного восприятия в динамичной среде по-прежнему оставалась сложной задачей робототехники.
«Спорт — отличная сфера для такого рода исследований, поскольку можно постепенно увеличивать соревновательность или сложность», — рассказал изданию Live Science ведущий автор работы Юнтао Ма.
Его команда оснастила робота-собаку динамической рукой, которая держит бадминтонную ракетку под углом 45 градусов. Благодаря прикрепленной руке высота робота увеличилась до 1,6 метра.
Всего на конечностях спортсмена-новичка насчитывалось 18 суставов. Ученые разработали сложную встроенную систему, которая управляет движениями ног. Команда также добавила стереокамеру с двумя линзами, которые помогали робособаке обрабатывать визуальную информацию о приближении волана, а также определять его направление.
А затем робот осваивал навыки игры в бадминтон с помощью обучения с подкреплением. Благодаря этому типу машинного обучения робот исследовал окружающую среду и методом проб и ошибок обнаруживал и отслеживал волан, приближаясь к нему и замахиваясь на него ракеткой.
Ученые создали имитацию корта для бадминтона, в центре которого находился виртуальный робот. Виртуальные воланы подавались из центра поля соперника, а робот должен был отслеживать и оценивать траекторию их полета.
Этап тренировок
Затем исследователи разработали строгую программу тренировок, чтобы научить робособаку отбивать воланы. Виртуальный тренер «награждал» ANYmal за правильный угол наклона ракетки, скорость замаха, точность удара, а также эффективное перемещение по пространству.
В результате 50 миллионов попыток исследователи создали нейросеть, которая может контролировать движение всех 18 суставов во время реакции на волан.
Шаг к настоящей игре
После моделирования ученые испытали ANYmal в реальных условиях. Он отслеживал ярко-оранжевый волан, который подавался другой машиной. А исследователи тем временем контролировали скорость, углы и точки приземления волана.
Робособака должна была быстро пересекать корт, чтобы ударить по волану так сильно, чтобы тот перелетал через сетку и оказывался в центре.
После интенсивных тренировок робот мог отслеживать воланы и точно отбивать их со скоростью около 12 метров в секунду: это почти половина скорости замаха среднестатистического любителя. ANYmal также ловко корректировал траекторию своего движения в зависимости от расстояния до волана.
Юнтао Ма удивился, как скоординированно робот-собака двигал всеми 18 суставами. Это особенно сложная задача, поскольку каждый сустав обучается независимо, но для выполнения движения требуется слаженная работа всех вместе.
Команда также с восторгом отметила, что ANYmal возвращался в центр площадки после каждого удара, подобно тому, как это делают люди-игроки.
Однако, к сожалению, робособака не учитывала движения соперника. Исследователи планируют обучить этого ANYmal на следующем этапе.
Ма считает, что это исследование в конечном итоге найдет применение не только в спорте. Оно может помочь, например, в расчистке завалов во время ликвидации последствий стихийных бедствий, сказал ученый. Ведь ANYmal хорошо сочетает визуальное восприятие ситуации с динамическими движениями.
Результаты исследования опубликовал журнал Science Robotics.
