Nöroteknoloji

Hayvan Benzeri Yürüyüş Geçişlerine Sahip Robot Masters Arazisi

Özet: Araştırmacılar, bir robotun, karmaşık arazileri etkili bir şekilde geçmek için tırıslama ve pronking gibi hayvan hareketlerini taklit ederek uyarlanabilir bir şekilde yürüyüş değiştirmesini sağlamak için derin takviyeli öğrenmeden (DRL) yararlandı. Çalışmaları, bu tür yürüyüş geçişleri için birincil motivasyon kaynağı olarak yaşayabilirlik veya düşmeyi önleme kavramını araştırıyor ve enerji verimliliğinin temel itici güç olduğuna dair önceki inançlara meydan okuyor.

Bu yeni yaklaşım, robotun yalnızca zorlu arazilerle başa çıkma yeteneğini geliştirmekle kalmıyor, aynı zamanda hayvanların hareketine ilişkin daha derin bilgiler sağlıyor. Ekibin bulguları, düşmeyi önlemeye öncelik vermenin, düz olmayan yüzeylerde daha çevik ve verimli robotik ve biyolojik harekete yol açabileceğini öne sürüyor.

Ana unsurlar:

  1. Canlılık için Yürüyüş Uyarlaması: EPFL robotu, öncelikle yaşayabilirlik için yürüyüş geçişlerini öğrenmek için DRL’yi kullandı ve boşluklu arazilerde gezinirken düşmeleri önlemek için hareket stratejilerini etkili bir şekilde uyarladı.
  2. Enerji Verimliliğinin Yeniden Değerlendirilmesi: Önceki teorilerin aksine, çalışma, enerji verimliliğindeki iyileşmelerin zorlu ortamlardaki yürüyüş geçişlerinin itici gücü değil, sonucu olduğunu ortaya çıkardı.
  3. Biyo-İlham Veren Robotik Çeviklik: Araştırma, spontane, öğrenme odaklı yürüyüş geçişlerine izin veren, deneysel arazilerde ardışık boşluklarda gezinmede gelişmiş robotik çeviklik sergileyen, biyo-ilhamlı bir öğrenme mimarisini ortaya koydu.

Kaynak: EPFL

EPFL robotu, derin takviyeli öğrenme (DRL) olarak adlandırılan bir makine öğrenimi biçiminin yardımıyla, zorlu bir arazide gezinmek için özellikle tırıslamadan pronkinge (keskin kuş ve ceylanlar gibi hayvanlar tarafından kullanılan sıçrayan, kemer destekli bir yürüyüş) geçişi öğrendi. 14-30 cm arasında değişen boşluklar.

EPFL Mühendislik Okulu’ndaki BiyoRobotik Laboratuvarı tarafından yürütülen çalışma, hayvanlarda bu tür yürüyüş geçişlerinin neden ve nasıl meydana geldiğine dair yeni bilgiler sunuyor.

“Önceki araştırmalar, enerji verimliliği ve kas-iskelet sistemi yaralanmalarından kaçınmayı yürüyüş geçişlerinin iki ana açıklaması olarak ortaya koyuyordu. Son zamanlarda biyologlar düz arazide istikrarın daha önemli olabileceğini öne sürdüler.

Bu robotu gösterir.
Robot, boşluklarla dolu zorlu bir araziyi geçmek için kendiliğinden yürüyüşünü tırıslamadan pronking’e değiştirdi. Kredi bilgileri: BioRob EPFL

Dergide yayınlanan bir makalenin ilk yazarı olan doktora öğrencisi Milad Shafiee, “Ancak hayvan ve robot deneyleri, bu hipotezlerin her zaman, özellikle de engebeli zeminlerde geçerli olmadığını gösterdi” diyor. Doğa İletişimi.

Shafiee ve ortak yazarlar Guillaume Bellegarda ve BioRobotics Laboratuvarı başkanı Auke Ijspeert bu nedenle yürüyüş geçişlerinin neden oluştuğuna dair yeni bir hipotezle ilgilendiler: yaşayabilirlik veya düşmeden kaçınma. Bu hipotezi test etmek için, dört ayaklı bir robotu çeşitli arazileri geçmesi için eğitmek üzere DRL’yi kullandılar.

Düz arazide, farklı yürüyüşlerin rastgele itmelere karşı farklı seviyelerde dayanıklılık gösterdiğini ve robotun, tıpkı dört ayaklı hayvanların hızlanırken yaptığı gibi, canlılığını korumak için yürüyüşten tırısa geçiş yaptığını buldular.

Robot, deney yüzeyinde art arda boşluklarla karşılaştığında, düşmeleri önlemek için kendiliğinden süratli adımlardan pronking moduna geçti. Üstelik bu tür yürüyüş geçişleriyle iyileşen tek faktör canlılıktı.

Shafiee şöyle açıklıyor: “Düz arazide ve zorlu farklı arazilerde yaşayabilirliğin yürüyüş geçişlerinin ortaya çıkmasına yol açtığını ancak enerji verimliliğinin mutlaka iyileşmediğini gösterdik.”

“Önceden bu tür geçişlerin itici gücü olduğu düşünülen enerji verimliliği daha önemli bir sonuç gibi görünüyor. Bir hayvan zorlu arazide yol alırken, muhtemelen ilk önceliği düşmek değil, ardından enerji verimliliğidir.”

Biyolojiden ilham alan bir öğrenme mimarisi

Robotlarında hareket kontrolünü modellemek için araştırmacılar, hayvan hareketini yönlendiren etkileşimli üç unsuru göz önünde bulundurdu: beyin, omurilik ve vücuttan gelen duyusal geri bildirim.

Robot deneysel bir araziyi geçerken omuriliğin beyin sinyallerini vücuda iletmesini taklit edecek bir sinir ağını eğitmek için DRL’yi kullandılar. Daha sonra ekip üç olası öğrenme hedefine farklı ağırlıklar verdi: enerji verimliliği, kuvvet azaltma ve uygulanabilirlik.

Bir dizi bilgisayar simülasyonu, bu üç hedeften, robotun bilim adamlarının talimatı olmadan otomatik olarak yürüyüşünü değiştirmesine neden olan tek şeyin canlılık olduğunu ortaya çıkardı.

Ekip, bu gözlemlerin, öğrenme süreci sırasında yürüyüş geçişlerinin kendiliğinden ortaya çıktığı ilk öğrenmeye dayalı hareket çerçevesini temsil ettiğini ve aynı zamanda dört ayaklı bir robot için bu kadar büyük ardışık boşlukların en dinamik geçişini temsil ettiğini vurguluyor.

Shafiee, “Biyolojik esinli öğrenme mimarimiz, zorlu arazilerde son teknoloji ürünü dört ayaklı robot çevikliğini gösterdi” diyor.

Araştırmacılar, farklı türde robotları daha çeşitli zorlu ortamlara yerleştiren ek deneylerle çalışmalarını genişletmeyi hedefliyor.

Hayvan hareketlerini daha fazla açıklamaya ek olarak, çalışmalarının sonuçta robotların biyolojik araştırmalar için daha yaygın şekilde kullanılmasına olanak tanıyacağını, hayvan modellerine olan bağımlılığın ve ilgili etik kaygıların azaltılacağını umuyorlar.

Bu robot bilimi ve yapay zeka araştırma haberleri hakkında

Soyut

Canlılık, zorlu arazilerde çevik dört ayaklı hareketi öğrenmede yürüyüş geçişlerinin ortaya çıkmasına yol açar

Dört ayaklı hayvanlar, farklı yürüyüşler arasında kusursuz geçişler yapma yeteneğine sahiptir. Enerji verimliliği yürüyüş tarzını değiştirmenin nedenlerinden biri gibi görünse de, arazi özellikleri de dahil olmak üzere diğer belirleyici faktörlerin de rol oynaması muhtemeldir.

Bu makalede, yaşayabilirliğin, yani düşmelerden kaçınmanın, yürüyüş geçişleri için önemli bir kriteri temsil ettiğini öneriyoruz.

Derin pekiştirmeli öğrenme ve robotik araçlardan yararlanarak supraspinal dürtü (beyin), omurilikteki merkezi model oluşturucu, vücut ve dış algılayıcı algılama arasındaki etkileşim yoluyla yürüyüş geçişlerinin ortaya çıkışını araştırıyoruz.

Dört ayaklı hayvan verileriyle tutarlı olarak, düz arazide dört ayaklı robotlar için yürüme-tırıslı yürüyüş geçişinin hem canlılığı hem de enerji verimliliğini arttırdığını gösteriyoruz.

Ayrıca, farklı arazilerin (yani ardışık boşlukları geçmenin) yürüyüş geçişleri üzerindeki etkilerini araştırıyoruz ve yaşanmaz durumlardan kaçınmak için süratli-pronk geçişlerinin ortaya çıkışını buluyoruz.

Canlılık, hem düz hem de ayrı aralıklı arazilerde yürüyüş geçişlerinden sonra iyileşen tek faktördür; bu, canlılığın yürüyüş geçişlerinin birincil ve evrensel bir hedefi olabileceğini, diğer kriterlerin ise ikincil hedefler ve/veya canlılığın bir sonucu olabileceğini düşündürmektedir.

Dahası, deneylerimiz zorlu senaryolarda son teknoloji ürünü dört ayaklı robotun çevikliğini göstermektedir.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/robot-gait-movement-26016/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu