Робототехника и физический искусственный интеллект

Объедините восприятие, планирование и действие, сохраняя при этом физическую безопасность в центре внимания.

Как мы изучаем эту сферу

В рамках этой инициативы рассматриваются вопросы программного обеспечения и безопасности, которые возникают, когда система обнаруживает и действует в физическом пространстве. Текущее исследование представляет собой модель планирования, а не прототип робота или оборудования. Важные зависимости включают надежность датчиков, определение задачи, изменение условий окружающей среды, безопасное движение, понимание оператора и путь восстановления. Масштаб любого будущего физического испытания будет зависеть от доказательств, оборудования и квалификации специалистов.

1. 01

   От цифрового к физическому интеллекту

   Физическая система должна учитывать массу, трение, радиус действия, неопределенность и последствия контакта. Переход от цифровых рассуждений к физическим действиям предъявляет требования безопасности на каждом уровне.

   Физическая система должна преобразовывать информацию в действия, которые могут повлиять на людей, имущество и окружающую среду. Таким образом, инженерный стек объединяет измерения, оценки, планирование, приведение в действие и контроль. Ошибка на одном уровне может изменить мнение следующего уровня, поэтому безопасное поведение зависит от понятных интерфейсов и проверок во всей системе.

2. 02

   Машинное восприятие

   Камеры и другие датчики обеспечивают частичные наблюдения, а не идеальную копию мира. Восприятие должно отражать неопределенность и распознавать случаи, когда доказательства слишком слабы, чтобы действовать безопасно.

   Восприятие преобразует показания датчиков в рабочую интерпретацию объектов, границ и движения. Освещение, окклюзия, текстура и расположение датчиков могут изменить доказательства. Система должна выражать доверие, запрашивать еще одно наблюдение, когда оно полезно, и избегать рассмотрения классификации как разрешения действовать, когда окружающий контекст остается неясным.

3. 03

   Пространственное понимание

   Роботу нужна модель объектов, поверхностей, границ и людей вокруг него. Поскольку окружающая среда меняется, локализация и понимание сцены требуют постоянной проверки, а не одного уверенного снимка.

   Пространственное понимание связывает наблюдения с устойчивой структурой, известными препятствиями, доступными областями и положениями людей или оборудования. Карта представляет собой оценку, которая может устаревать по мере перемещения объектов. Система должна сравнивать ожидаемые и наблюдаемые условия и останавливаться или перепланировать, когда локализация или интерпретация сцены выходят за пределы безопасного допуска задачи.

4. 04

   Планирование и рассуждение

   Планирование связывает цель с выполнимыми действиями. Он учитывает зависимости, препятствия, доступные инструменты и альтернативы, сохраняя при этом способ остановиться или попросить о помощи, когда предположения не срабатывают.

   Планировщик оценивает не только кратчайший путь. Он учитывает порядок задач, охват, доступные инструменты, неопределенность, ограничения скорости и то, что произойдет, если шаг не может быть выполнен. Альтернативные планы следует сравнивать с явными ограничениями, а безопасная остановка должна оставаться доступной, когда окружающая среда больше не соответствует предположениям, использованным для планирования.

5. 05

   Движение и управление

   План становится движением посредством элементов управления, которые реагируют на физическую среду. Безопасное поведение включает ограничения скорости и силы, обратную связь от датчиков и контролируемую остановку за пределами ожидаемого рабочего диапазона.

   Control преобразует план в размеренное движение и постоянно сравнивает предполагаемое поведение с показаниями датчиков. Ускорение, сила, радиус действия и тормозной путь — все это влияет на результат. Тестирование должно учитывать задержку обратной связи, неожиданный контакт и частичный отказ с ограничениями, которые не позволяют небольшому несоответствию перерасти в небезопасное движение.

6. 06

   Сотрудничество человека и робота

   Люди должны понимать, что собирается делать робот и как вмешаться. Совместное рабочее пространство требует предсказуемого поведения, четкой передачи функций и бережного отношения к конфиденциальности, ответственности и близости.

   Для сотрудничества необходимо, чтобы люди понимали роль робота, его следующее действие и поведение, которое он должен прекратить. Для передачи управления необходима четкая точка ответственности, и находящимся рядом людям не придется догадываться, заметила ли их машина. Дизайн взаимодействия, правила работы и технические гарантии должны соответствовать тем же ожиданиям.

7. 07

   Моделирование и тестирование безопасности

   Моделирование может выявить крайние случаи до физических испытаний, но оно не может воспроизвести все свойства реального мира. Тесты должны фиксировать предположения, варьировать условия и приводить к поэтапной проверке.

   Моделирование помогает командам варьировать препятствия, качество датчиков, время и условия выполнения задачи перед физическим испытанием. Он делает предположения видимыми и может выявить случаи, которые трудно последовательно воспроизвести. Поскольку смоделированная физика и восприятие остаются приблизительными, прохождение виртуального сценария является поводом для разработки следующего теста, а не доказательством реальной безопасности.

8. 08

   Промышленные и сервисные приложения

   Возможные области применения — проверка, обращение и повторяющаяся помощь. Каждый из них имеет разные допуски, условия окружающей среды и человеческие последствия, поэтому требует проверки для конкретной задачи.

   Такие приложения, как проверка, погрузка и повторяющаяся помощь, различаются по полезной нагрузке, точности, времени цикла, окружающей среде и последствиям отказа. Метод, подходящий для одной рабочей станции, может не быть перенесен на другую. Для каждого варианта использования необходимы определенные критерии успеха, проверка объекта, обучение операторов и проверка выполнения конкретной задачи.

9. 09

   Горизонты развития

   Вопросы исследования включают в себя надежное восприятие, более безопасное планирование и лучшую координацию между намерениями человека и действиями машины. Зрелость любой будущей системы зависит от результатов проектирования и испытаний.

   Горизонты разработки зависят от поставленной задачи, доступного оборудования, доказательств безопасности и квалификации специалистов. Исследования могут улучшить надежную чувствительность, восстановление, координацию действий человека и способность объяснять запланированные действия. Публичные описания должны отличать концептуальные модели программного обеспечения от протестированных робототехнических систем и никогда не подразумевать, что CSW владеет оборудованием, не задокументированным в его записях.