진정한 인간-기계 통합! MIT, 휴머노이드 로봇' 에르메스' 출시, 원격 조종 운영 구조

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빅데이터 다이제스트 제작 < /p>

컴파일: 왕연, 리레이, 송신기 < /p>

당신도 기동전사 고몽을 해본 적이 있습니까? 인간의 의식을 기계에 이식한 적이 있습니까? < /p>

MIT 는 최근 리모콘 조작을 통해 유연한 이동을 가능하게 하는 휴머노이드 로봇 Hermes 를 출시했습니다. < /p>

연구원들은 인간을 대신하여 수색 및 구조 임무를 수행할 수 있기를 바란다. 극도로 위험한 환경에 직면했을 때 조작자는 모니터를 머리에 착용하여 1 인칭 시각으로 조작할 수 있다. < /p>

비극적으로 울리는 경종: 구조로봇의 중요성 < /p>

2011 년 일본 대지진과 쓰나미로 인한 후쿠시마 제 1 원전의 재난이 우리에게 경종을 울렸다. 재난에서, 고위험 방사선은 노동자들이 긴급 조치를 취하는 것을 막았고, 그들은 심지어 압력 밸브를 조작할 수도 없었다. 이 임무는 사실 로봇에게 맡기는 것이 가장 적합하지만, 당시 일본이나 세계의 다른 곳에서는 그것을 현실로 만들 능력이 없었다. < /p>

< P > 후쿠시마 재난으로 로봇학 공동체의 많은 사람들은 구조로봇이 실험실에서 세계 각지로 이동해야 한다는 것을 깨닫게 되었다. < /p>

이후 구조로봇이 큰 진전을 거듭하기 시작했다. 세계 각지의 연구팀은 자갈 속을 주행할 수 있는 무인 지상 차량, 좁은 간격을 비집고 지나갈 수 있는 로봇 뱀, 하늘에 사이트를 그릴 수 있는 드론을 선보였다. 연구원들은 또한 손상 상황을 측정하고 대시 보드 사용 또는 응급 장비 운송과 같은 핵심 작업을 수행하는 바이오닉 로봇을 구축하고 있습니다. < /p>

진보에도 불구하고 비상근무자와 같은 운동과 의사 결정 능력을 갖춘 로봇을 만드는 것은 여전히 도전이다. 무거운 문을 열고 소화기, 그리고 간단하지만 힘든 다른 작업에 필요한 조정 능력은 아직 이런 능력을 습득할 수 있는 로봇을 만들지 못했다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 소화기, 소화기, 소화기, 소화기, 소화기, 소화기, 소화기) < /p>

인간의 뇌를 기계에 넣는다 < /p>

이상적인 구조 로봇은 유연하고 자주성이 강해야 한다. 예를 들어, 불타는 건물에 들어가 피해자를 찾거나 손상된 공업 시설에서 닫아야 할 밸브를 찾을 수 있습니다. < /p>

그러나 재해 현장은 예측할 수 없다. 이러한 복잡한 환경에서 걷기에는 고도의 적응성이 필요하지만 현재의 구조 로봇은 아직 할 수 없다. 자율 로봇이 문 손잡이를 만났지만 문 손잡이 데이터베이스에서 일치를 찾을 수 없으면 작업이 실패합니다. 로봇 팔이 붙어 있고 자구 방법을 모르면 임무가 실패한다. < /p>

인간은 언제든지 적응하고 배울 수 있고, 물체의 모양 변화를 분별하고, 형편없는 가시도에 대처하며, 현장에서 새로운 도구를 사용하는 방법을 임시로 배울 수 있는 상황에 쉽게 대처할 수 있다. 우리의 운동 기술도 마찬가지다. 예를 들어, 무거운 짐을 지고 달리기를 할 때, 우리는 좀 느리게 달릴 수도 있고 그렇게 멀리 달릴 수도 있지만, 여전히 달릴 수 있고, 우리 몸은 새로운 변화에 쉽게 적응할 수 있다. < /p>

인간의 뇌를 기계에 넣으면 되지 않을까요? < /p>

이 짧은 보드에 대한 한 가지 솔루션은 운영자가 지속적으로 또는 특정 작업 중에 로봇을 원격으로 제어하여 자신의 능력을 초과하는 작업을 수행할 수 있도록 하는 원격 작업을 사용하는 것입니다. < /p>

원격 제어 로봇은 오랫동안 산업, 항공 우주 및 수중 환경에서 사용되어 왔습니다. 최근, 일부 연구원들은 동작 캡처 시스템을 사용하여 사람의 동작을 실시간으로 생체 공학적 로봇으로 옮기려고 시도했다. 즉, 팔을 흔들고, 로봇이 너의 자세를 흉내낸다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 예술명언) 완전히 몰입할 수 있는 경험을 얻기 위해 특수 방호안경 운영자는 카메라를 통해 로봇이 보는 것을 볼 수 있으며, 촉각 조끼와 장갑은 운영자의 몸에 촉각을 제공할 수 있다. < /p>

MIT 의 바이오닉 로봇 연구소에서 연구팀은 인간-기계 융합을 더욱 추진하고 원격 운영 체제를 개발하며 실제 구조 로봇의 발전을 가속화하고 있습니다.

그들은 두 부분으로 구성된 리모콘 로봇 시스템을 구축하고 있습니다. 즉, 유연하고 동적인 동작을 할 수 있는 바이오닉 로봇과 인간과 로봇의 동작을 서로 전달할 수 있는 새로운 양방향 인간-기계 인터페이스가 있습니다. < /p>

로봇을 인간과 연결함으로써 연구자들은 로봇의 지구력과 힘, 인간의 다용성과 지각력 등 두 가지 장점을 충분히 결합했다. 로봇이 파편을 밟고 균형을 잃기 시작하면 운영자는 같은 불안정성을 느끼고 본능적으로 반응하여 낙하를 피한다. 그런 다음 물리적 반응을 캡처하여 로봇으로 다시 보내면 로봇이 떨어지는 것을 방지할 수 있습니다. 이러한 인간-컴퓨터 상호 작용을 통해 로봇은 운영자의 선천적인 운동 기술과 순간적인 반응을 이용하여 서 있을 수 있다. < /p>

< P > 이전 바이오닉 로봇보다 진보한 곳 < /p>

< P > 기존 로봇의 특별한 제한 사항 중 하나는 우리가 말하는 힘 조작, 즉 힘 조작, 즉 힘겨운 기술 (예: 큰 콘크리트를 두드리거나 도끼를 문으로 휘두르는 것) 을 수행할 수 없다는 것입니다. 대부분의 로봇은 정교하고 정확한 동작만 할 수 있다. < /p>

MIT 연구소에서 출시한 바이오닉 로봇 HERMES 는 중장비 조작을 할 수 있습니다. 이 로봇은 무게가 45 킬로그램에 불과하지만 강건하고 힘이 있다. 그것의 체형은 보통 인체의 약 90% 로, 이는 인간 환경에서 자연스럽게 훈련할 수 있을 만큼 충분하다. < /p>

헤르메스 관절에 동력을 제공하는 것은 일반 DC 모터가 아닌 사용자 정의 실행기입니다. 실행기에는 브러시가 없는 DC 모터를 행성 기어박스에 융합하는 작업이 포함됩니다. 이는 세 개의 "행성" 기어가 "태양" 기어를 중심으로 회전하기 때문에 무게에 많은 토크를 발생시킬 수 있기 때문입니다. 로봇의 어깨와 엉덩이는 직접 구동되고 무릎과 팔꿈치는 실행기에 연결된 금속봉에 의해 구동됩니다. 이로 인해 HERMES 는 기어를 산산조각 내지 않고 기계적 충격을 흡수할 수 있는 다른 바이오닉 로봇보다 더 유연해졌습니다. < /p>

HERMES 를 제어하는 인간-기계 인터페이스도 전통과는 다릅니다. 운영자의 반응에 의존하여 로봇의 안정성을 높이는 것을 BFI (균형 피드백 인터페이스) 라고 합니다. BFI 는 개발을 위해 수개월 이상 반복해야 하는데, 초기 개념과 2018 년 스티븐? 스필버그가 연출한 영화 레디 플레이어 원 속 전신 가상현실 의상에는 약간의 유사점이 있다. < /p>

구체적인 실험 테스트 < /p>

가 HERMES 와 협력할 때 운영자는 약 90cm 의 정사각형 플랫폼에 서서 로드셀을 통해 플랫폼 표면의 힘을 측정하여 운영자의 발이 아래로 밀릴 위치를 결정합니다. 링크 세트는 운영자의 팔다리와 허리에 부착되어 있으며 회전 인코더를 사용하여 1 센티미터 범위의 변위를 정확하게 측정합니다. 커넥팅로드는 감지뿐만 아니라 운영자의 몸체에 힘과 토크를 가하는 모터도 장착되어 있습니다. BFI 에 묶여 있을 때 이 연결들은 운영자의 몸에 추진력을 가할 수 있다. < /p>

연구원들은 HERMES 와 BFI 를 제어할 별도의 컴퓨터 두 대를 준비했다. 각 컴퓨터에는 자체 제어 회로가 있어 쌍방이 끊임없이 데이터를 교환한다. 각 회로가 시작될 때 HERMES 는 자체 포즈 데이터를 수집하여 BFI 에서 얻은 운영자 자세에 대한 데이터와 비교합니다. 양자에 따라 로봇은 실행 절차를 조정하고 새로운 자세 데이터를 즉시 BFI 로 보냅니다. 그런 다음 BFI 도 유사한 제어 루프를 수행하여 운영자의 자세를 조정합니다. 이렇게 반복하여 초당 1,000 회 실행합니다. < /p>

쌍방이 고속으로 작동하려면 이들 간에 교환되는 정보를 압축해야 합니다. 예를 들어 BFI 는 운영자 자세에 대한 상세 데이터를 보내지 않고 운영자의 질량 중심 위치와 손발의 상대적 위치만 보냅니다. 그런 다음 로봇을 제어하는 컴퓨터는 이러한 측정 데이터를 HERMES 의 크기에 비례하여 배율 조정한 다음 HERMES 에서 참조 자세를 재현합니다. < /p>

다른 양방향 리모콘 작동 회로와 마찬가지로 BFI 와 HERMES 간의 결합으로 인해 진동이나 불안정성이 발생할 수 있습니다. 인체와 로봇 포즈 간 매핑의 배율 조정 매개변수를 미세 조정하여 이러한 진동이나 불안정성을 최소화할 수 있습니다.

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초기 실험에서 연구원들은 인간과 로봇이 함께 작동하는 방식을 이해하기 위해 HERMES 에게 초기 균형 알고리즘을 사용했습니다. 테스트에서 한 연구원이 지우개 망치로 HERMES 의 상반신을 때렸다. 타격마다 BFI 는 연구원 자체에도 충격을 주며 습관적으로 몸을 돌려 균형을 되찾고 로봇도 균형을 유지할 수 있다. < /p>

또 다른 실험에서 HERMES 는 도끼를 휘두르고 석고 벽판을 쪼개었다. 또한 현지 소방서의 감독하에 소화기로 불을 끄는 것을 실현하였다. 구조 로봇은 힘만 필요한 것이 아니기 때문에 HERMES 와 주전자로 컵에 물을 붓는 것과 같이 유연성이 더 필요한 임무도 수행했습니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 구조명언) < /p>

각각의 경우 BFI 를 착용한 운영자가 임무 수행을 시뮬레이트할 때 연구원들은 로봇이 같은 동작을 수행하는 정도를 관찰하고 운영자의 어떤 반응이 로봇이 더 나은 동작을 하는 데 도움이 되는지 기록했다. 예를 들어 HERMES 가 석고 벽판을 쪼개면 몸체가 뒤로 바운딩됩니다. 거의 동시에, BFI 는 조작자에게 비슷한 추력을 작용하며 습관적으로 몸을 앞으로 기울여 HERMES 가 자세를 조절하는 데 도움을 줍니다. < /p>

Little HERMES 는 < /p>

를 돕는다. HERMES 체형은 일부 실험에는 여전히 너무 크고 능력도 너무 강하기 때문이다. HERMES 는 실제 임무를 수행할 수 있지만, 옮기는 데도 시간이 많이 걸리고, 움직이게 하려면 더욱 조심해야 하기 때문에 연구원들은 HERMES 에게 작은 형제를 만들어 주었다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 도전명언) < /p>

Little HERMES 는 HERMES 의 축소 버전입니다. 빅 브라더 HERMES 와 마찬가지로 Little HERMES 도 맞춤형 고토크 액추에이터를 사용하여 다리 대신 몸 근처에 설치하면 다리 스윙이 더욱 유연해집니다. 좀 더 촘촘한 디자인을 하기 위해 로봇 용어로는 운동축이나 자유도의 수를 줄이고, 팔다리당 6 개에서 3 개로 줄이고, HERMES 의 두 발가락을 간단한 고무볼로 교체하며, 각 발에는 3 방향 힘 센서가 장착되어 있습니다. < /p>

BFI 를 Little HERMES 에 연결하려면 조정이 필요합니다. 인간 성인과 이 작은 로봇의 체형에는 큰 차이가 있기 때문에 연구원들이 두 사람의 동작을 직접 연결시킬 수 없을 때, 예를 들어 사람의 무릎 위치를 로봇 무릎의 위치에 맞추는 등 로봇 운동이 매우 불안정해질 수 있다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 건강명언) < /p>

Little HERMES 는 HERMES 와는 다른 수학적 모형이 필요합니다. 연구자들은 지면 접촉력 및 운영자의 무게 중심과 같은 추적 매개변수를 새 모델에 추가했습니다. 이를 통해 새 모델은 운영자가 수행할 작업을 예측하여 Little HERMES 가 수행할 작업을 제어할 수 있습니다. < /p>

한 실험에서 운영자는 한 걸음 한 걸음 한 걸음 천천히 걷다가 빨리 빨리 가면 Little HERMES 도 같은 방식으로 걷는 것을 볼 수 있다. 운영자가 뛰어올랐을 때, Little HERMES 도 뛰어올랐다. 아직 초보적인 진행 단계이며, Little HERMES 는 아직 자유롭게 서거나 돌아다닐 수 없다. < /p>

< P > 연구원들은 이미 완성된 다른 형제인 Cheetah 와 Mini Cheetah 처럼 실험실을 거닐거나 야외로 갈 수 있도록 기능을 더욱 확장하고 있습니다. < /p>

다음 연구 목표 < /p>

앞으로 해결해야 할 일련의 과제가 있습니다. 첫째, 운영자가 오랫동안 BFI 또는 집중력이 높은 작업을 사용한 후 발생하는 피로 문제입니다. 실험에 따르면 운영자가 자신의 몸뿐만 아니라 기계를 지휘해야 할 때 뇌는 빠르게 피로를 느낀다. 이는 섬세한 조작이 필요한 작업에 특히 두드러지며, 3 회 연속 실험을 반복한 후 운영자는 휴식을 취해야 한다. < /p>

현재 솔루션은 운영자와 컨트롤러 * * * 가 로봇 안정화를 담당하는 동작입니다.

HERMES 가 수행 중인 작업에 운영자의 주의가 더 필요한 경우 운영자는 로봇의 균형을 유지하는 데 도움을 줄 필요가 없으며 자체 컨트롤러가 로봇의 균형 제어를 인계할 수 있습니다. 이러한 상황을 식별하는 한 가지 방법은 운영자의 시선을 추적하는 것입니다. 운영자의 시선의 시선은 주의력의 집중력을 나타내며, 이 경우 자율 균형 모드가 시작됩니다. < /p>

다른 원격 운영 체제와 마찬가지로 전송 지연 문제도 있습니다. 로봇을 원격으로 제어할 때 실행된 명령과 로봇의 반응 사이에 1 초의 지연이 있을 경우 원격으로 조작할 수 있지만 지연이 더 길어지면 제대로 작동하지 않을 수 있습니다. 현재 계획은 5G 와 같은 새로운 무선 기술에 의존하여 짧은 대기 시간과 높은 처리량을 보장하는 것입니다. < /p>

마지막으로 연구진은 실험실에서 개발한 직립 로봇 Cheetah 와 HERMES 의 기술을 결합해 빠르게 움직일 수 있는 4 족 로봇을 만들고, 네 다리로 재해 현장에 빠르게 진입하고, 직립 로봇으로 변형해 구조대원들이 풍부한 경험과 반응을 이용해 로봇이 구조 임무를 수행할 수 있도록 할 계획이다. < /p>

원본 링크:

https://spectrum.ieee.org/robotics/humanoids/human