中國科研團隊讓機器人通過“看一看”“摸一摸”識別地形

《國家科學(xué)評論》及認(rèn)知學(xué)習(xí)方法示意圖　哈工大提供

中新網(wǎng)哈爾濱5月4日電 (徐鵬)哈爾濱工業(yè)大學(xué)5月4日發(fā)布消息，該校機電學(xué)院高海波教授團隊在野外足式機器人環(huán)境認(rèn)知學(xué)習(xí)與自主導(dǎo)航方面取得重要進展，相關(guān)成果可用于足式等復(fù)雜環(huán)境移動機器人的自主星球探測、野外救援等任務(wù)，并為物理智能系統(tǒng)提供典型案例。

動物可通過對物理特征的理解去適應(yīng)不斷變化的地形環(huán)境，為足式機器人的環(huán)境認(rèn)知學(xué)習(xí)提供仿生學(xué)啟示。

足式機器人環(huán)境物理特征學(xué)習(xí)框架 哈工大提供

然而，機器人實現(xiàn)類似的認(rèn)知行為卻面臨諸多挑戰(zhàn)。如何通過視覺和觸覺信息實現(xiàn)對地形物理特征的有效表征?如何總結(jié)歸納機器人與環(huán)境的交互經(jīng)驗?如何解決由于地面環(huán)境動態(tài)變化造成的認(rèn)知沖突?針對上述問題，研究團隊提出足式機器人的環(huán)境物理特征類動物學(xué)習(xí)方法。

研究人員以法向或切向足地作用力學(xué)模型為基礎(chǔ)，設(shè)計了基于模型——數(shù)據(jù)的無監(jiān)督學(xué)習(xí)框架。該研究首次提出具有認(rèn)知沖突解決能力的增量式在線學(xué)習(xí)方法，使機器人能夠通過視覺與觸覺融合感知自主識別環(huán)境物理特征信息。

具體而言，在地面表征方面，團隊采用足地接觸模型表征地形的觸覺參數(shù)，讓機器人“摸一摸”地面就知道柔軟度和摩擦程度;另外，在機器視覺(“看一看”)方面，團隊提出無監(jiān)督視覺特征提取方法，無需人類參與，只需機器人自動對比視野中不同地形紋理，即可自主完成。

為讓機器人通過“看一看”就能預(yù)測地形“摸”起來的感受，團隊將機器人實時采集的觸覺、視覺特征聚類為知識群集，并通過映射網(wǎng)絡(luò)將視覺特征和觸覺特征聯(lián)系起來。

最后，團隊開展了豐富的室內(nèi)外感知和導(dǎo)航試驗，證明該方法可有效助力機器人實現(xiàn)地面物理特征感知與預(yù)測，并在動態(tài)環(huán)境中學(xué)習(xí)和調(diào)整其認(rèn)知模型，最終安全執(zhí)行復(fù)雜的導(dǎo)航避障任務(wù)。

相關(guān)研究成果以《足式機器人的環(huán)境物理特征類動物學(xué)習(xí)》(Learning physical characteristics like animals for legged robots)為題，并以封面論文形式發(fā)表在《國家科學(xué)評論》(National Science Review，NSR)上。