IROS 2016 | 居家辦公環(huán)境都難不倒它！機(jī)器人也會適應(yīng)性學(xué)習(xí)

本文作者：楊波

2016-10-25 15:32

導(dǎo)語：在2016 IROS 大會上，來自 Google DeepMind 實(shí)驗(yàn)室的 Jonathan Scholz 以及佐治亞理工學(xué)院的研究人員展示了他們的研究成果。

人和機(jī)器人的最大差別在哪里？答案是：主動解決問題的能力。例如，有很多研發(fā)技術(shù)已經(jīng)非常純熟的移動機(jī)器人還是會被一張桌子擋住去路。這類機(jī)器人盡管可以感應(yīng)到桌子的存在，并且已經(jīng)將它識別為障礙物，然后規(guī)劃一條路徑避開它，最后還是會失敗。這是因?yàn)闄C(jī)器人只知道要避障！要避障！要避障！卻不知道它們面對的大多數(shù)障礙到底是什么，這些障礙物體是如何運(yùn)動的，以及應(yīng)該怎么實(shí)現(xiàn)避障。

對此，小編只想說：“生而為人，我是絕對不會因?yàn)閰^(qū)區(qū)一張桌子就吃閉門羹！”這是因?yàn)槿藗兌贾溃灰炎雷油崎_，就可以繼續(xù)昂首闊步向前走了——就算這張桌子看起來非常奇怪（比如一只桌腿斷了），人們也可以適應(yīng)它，并且順利避開它。

在日前舉辦于韓國的2016 IROS 大會上，來自 Google DeepMind 實(shí)驗(yàn)室的 Jonathan Scholz 以及佐治亞理工學(xué)院的合作研究團(tuán)隊(duì)展示了一篇叫作《 Navigation Among Movable Obstacles with Learned Dynamic Constraints 》的論文。在這項(xiàng)研究中，他們賦予了移動機(jī)械臂與人類相似的避障能力——這些機(jī)器人的機(jī)械臂可以自己識別障礙，發(fā)現(xiàn)它們自帶的愚蠢小把戲，然后繼續(xù)高冷地走自己的路！

眾所周知，家里和辦公室中的物體總是以不可預(yù)測的方式堆積在一起。所以，研究人員在結(jié)構(gòu)化的環(huán)境下（工廠和實(shí)驗(yàn)室中），根本無法對居家和辦公的內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行預(yù)測并建立模型，這使得機(jī)器人很難學(xué)會在這類環(huán)境下到底應(yīng)該如何避障。即使機(jī)器人聰明到可以移開擋路的物體，它的自我適應(yīng)學(xué)習(xí)過程也非常復(fù)雜。

這個(gè)難題在佐治亞理工學(xué)院學(xué)院得到了解決——由 Charles L. Isbell 和 Henrik I. Christensen 兩位教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)一直都在教他們的 Golem Krang 機(jī)器人，如何在被物體充斥的空間內(nèi)通過使用 Navigation Among Movable Obstacle (NAMO) 路徑規(guī)劃以及 Physics-Based Reinforcement Learning (PBRL) 機(jī)制實(shí)現(xiàn)自我移動。從本質(zhì)上看來，Krang 機(jī)器人可以通過使用一個(gè)物理引擎來理解并且預(yù)測物體到底會如何運(yùn)動，然后使用它們獲取到的數(shù)據(jù)對進(jìn)行適應(yīng)性地移動，從而讓自己到達(dá)目標(biāo)位置。

來來來！一起圍觀它是如何運(yùn)作的！千萬別眨眼?。℅if中出現(xiàn)的兩張桌子都帶有可鎖定的腳輪，均為35千克。）

IROS 2016 | 居家辦公環(huán)境都難不倒它！機(jī)器人也會適應(yīng)性學(xué)習(xí)

成功！下面這個(gè) Gif 展現(xiàn)了 Krang 機(jī)器人第一次嘗試用蠻力通過兩張桌子，然后在失敗后，重新規(guī)劃路徑。

IROS 2016 | 居家辦公環(huán)境都難不倒它！機(jī)器人也會適應(yīng)性學(xué)習(xí)

Krang 機(jī)器人并不知道當(dāng)它們開始移動桌子時(shí)，這些桌子會整出什么幺蛾子——每次這些桌子都一個(gè)不按照常理出牌，要不就是整個(gè)卡住，動彈不得；要不就是只有一個(gè)滾動腳輪。為了解決這些問題，Krang 機(jī)器人在遇到一個(gè)新桌子后，就會更新它的物體模型，然后生成最佳的解決方案。

實(shí)際上，在以上兩個(gè) Gif 中，Krang 機(jī)器人使用的是完全一樣的代碼庫，但是它卻能夠適應(yīng)不同的環(huán)境。這類的適應(yīng)性學(xué)習(xí)行為是人類一直都具備的，在未來，它也是非結(jié)構(gòu)化環(huán)境內(nèi)（家里和辦公室里），機(jī)器人與人類和諧相處必備生活技能。

但是，如果 Krang 機(jī)器人想要在真正非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境里進(jìn)行適應(yīng)性學(xué)習(xí)的話，就不能再依賴由六個(gè)攝像機(jī)組成的、位于頭頂?shù)囊曈X系統(tǒng)和預(yù)編程操作策略了。當(dāng)然，這是研究人員下一步要解決的問題，就讓我們拭目以待吧！

Via IEEE Spectrum