Túlzás nélkül új korszakot nyithat az embereket segítő robotok fejlesztésében az az innováció, amelyet a Toyota fejlett technológiákkal foglalkozó kutató intézete, a Toyota Research Institute (TRI) mutatott be a napokban. A Toyota új robotkarja puha, mint az emberi ujj, és ugyanúgy képes tapintással felismerni a tárgyak alakját. Igaz, nem a szokványos módon.
Segítő robotok: már sok mindenre képesek
A Toyota hosszú évek óta dolgozik olyan robotok fejlesztésén, amelyek képesek hatékonyan, megbízhatóan gondját viselni az egészségi állapotuk vagy életkoruk miatt támogatásra szoruló embereknek. Ennek fontos eleme, hogy a robotok képesek legyenek biztonságosan megfogni, felemelni, átadni és átvenni tárgyakat. Napjainkban ez már részben megvalósult. A Toyota a koronavírus-járvány miatt elhalasztott tokiói olimpiai játékokon már élesben tervezte alkalmazni a személyes interakcióra képes T-HR3 humanoid robotot. Illetve a mozgásukban korlátozott látogatók kiszolgálására tervezett, pontosan manőverezhető fogókarral szerelt Human Support (HSR) robotot. Ez utóbbi kamerák segítségével azonosítja a céltárgy méretét és helyzetét, nem rendelkezik azonban tapintásérzettel, ami elengedhetetlen volna ahhoz, hogy ne csak feladatokat tudjon végrehajtani, hanem biztonságosan együtt is működjön a gondjaira bízott személyekkel. Például olyan természetességgel tudjon átadni nekik egy pohár italt, mintha embertől vennék át.
A Toyota új robotkarja lágyan idomul a tárgyakhoz
A fenti problémára kínál innovatív megoldást a Toyota Research Institute új fejlesztése, amelyben egy rugalmas felület váltja ki a fogókarok hagyományosan kemény felületét. A projekt ötletgazdája és vezetője, Alex Alspach olyan latexbuborékot illesztett a robot „ujjbegyeire”, amely pont eléggé feszes ahhoz, hogy biztonságosan meg tudja ragadni a tárgyakat. Ám kellően lágy ahhoz, hogy idomulni tudjon ezekhez a tárgyakhoz. A barátságos Soft Bubble Gripper (kb. lágy buborékos fogókar) névre keresztelt robotkar szerkezet ugyanis így képes felismerni azokat: idegvégződések helyett egy, a hólyag belsejében elhelyezett infravörös (azaz teljes sötétben is működő) kamera figyeli a latexfelület alakváltozásait, ebből következtetve a robot „kezében” tartott tárgy formájára és keménységére. Ehhez a mérnökök egy sűrű pontmátrixot vittek fel a latexbuborék belső felületére. A kamera a pontok egymáshoz viszonyított helyzetének változásából, a pontok, illetve az azok közötti, üres szakaszok megnyúlásából következtet a hólyag külső felszínén végbemenő fizikai folyamatokra.
A projekt munkatársai szerint a rendszer nagyjából egy másodperc alatt képes az adott tárgy azonosítására. Ez nem sokkal lassabb annál, mint amikor a sötétben vagy egy táska mélyén tapogatózva megragadunk valamit, és tapintás alapján kitaláljuk, mi van a kezünkben. Mivel a latex nemcsak rugalmas, de eredendően tapad is, a robotnak elég viszonylag csekély erővel megragadnia azt, ami lehetővé teszi egy másik funkció megvalósítását.
Nem gondolkozik, hanem cselekszik a robotkar
Az „optikai tapintásérzékelő” nemcsak a statikus, de a dinamikus erőhatásokat is képes észlelni. Azaz regisztrálja a tárgy elmozdulását. A mozgás irányából pedig lehet következtetni arra, hogy a test kicsúszott az ujjak közül, és le fog esni (mely esetben a robot összeszoríthatja ujjait). Vagy éppen a kiszolgált személy veszi ki a robot kezéből, és így nemcsak el szabad, de el is kell engednie azt.
Természetesen a két véglet közötti bármilyen helyzet elképzelhető. A Toyota Research Institute által közzé tett videóban például a robot egy akadályhoz érinti, és annak segítségével finoman elforgatja a fogókarok között tartott tárgyat. Ez a cselekvéssorozat, amelyet mi, emberek gondolkodás nélküli tudunk végrehajtani, valójában az észlelő és mozgató rendszerek rendkívül összetett együttműködését feltételezi.
Egy másik példában üres borospoharakat helyez egymásra magabiztosan és gyorsan. Egy ember számára megnehezíti a feladat végrehajtását a tudat, hogy törékeny eszközökkel dolgozunk. A robotkar számára azonban teljesen mindegy, hogy milyen tárgyakat mozgat. Csupán programozásától függ, hogy milyen finoman vagy durván kezeli azokat. A harmadik teszt rendkívül nehéz volna egy hagyományos, kameravezérelt robot számára. A mosogatóba összevissza bedobált, hasonló tárgyak közül ugyanis ránézésre szinte lehetetlen megállapítani, hogy melyeket kell a szelektív kukába dobni (PET-palack), és melyeket a mosogatógépbe helyezni (bögrék), tapintással ugyanakkor gyorsan azonosítható a tárgy.
Mintha egy tudásra éhes gyerek volna
Szándékosan ilyen hétköznapi, egyszerű feladatokkal tesztelik robotjukat a Toyotánál, hiszen pontosan a mindennapi kihívások leküzdésére szánják. Mindez persze mit sem érne, ha drága anyagokból, költséges technológiákkal valósították volna meg robotjukat. Ám a robotkar jelentős részben már meglévő rendszerek (pl. kamera) felhasználásával épült meg. Ami különlegessé teszi, az a vezérlő szoftver. Arra már csak a projekt közben döbbentek rá a fejlesztők, hogy megoldásuk nemcsak a működést, de a tanulást is elősegíti. Egy kamera alapú, „látó” robotot hosszadalmasan kell megtanítani arra, hogy minden szögből felismerjen egy adott tárgyat. A „tapintó” robotnak ezzel szemben elég odaadni egy halomnyit az adott tárgyból, és engedni, hogy játsszon vele: ismételten megfogja, megemelje, forgassa, letegye, leejtse azt. Pontosan úgy, ahogyan a gyermekek megismerik környezetüket.
Fotók és videó: Toyota Research Institute
