机械“影子手”上线,玩转魔方不在话下

据国外媒体报道,人工智能研究人员让机器人玩魔方来测试它的灵活性。

人类可以相对容易地玩魔方,但对机器人来说一直很难。(常见的2x2x2魔方有367.4万种内部组合。)这并不是说没有机器人能转动魔方——麻省理工学院的一项发明最近在破纪录的0.38秒内解决了魔方——但是这种机器人通常包括专门制造的马达和控制器。

令人鼓舞的是,来自腾讯和香港中文大学的一组研究人员表示,他们已经设计了一种多指手魔方机械手。在预印好的纸质网站Arxiv.org(“学会用灵巧的手解魔方”)上发表的一篇论文中,研究人员声称他们的人工智能驱动系统在1400多个实验中取得了90.3%的平均成功率,该系统包括一个寻找最佳动作序列的魔方解算器和一个可以控制五个手指的魔方机械手。

“灵巧的手操作是机器人灵活性的一个关键部分,以达到人类的水平并完成涉及大量接触的日常任务。”研究人员写道,“尽管取得了进展,但可靠的多指灵巧手操作仍然是一个公开的挑战,因为它的接触模式复杂,运动空间高维,机械结构脆弱。”

该团队的解决方案是一个分层系统,结合了基于模型和无模型的规划和操作组件。上面提到的魔方解算器负责寻找恢复魔方的最佳操作顺序,而控制器负责逐步执行每个操作,包括两个原子操作,魔方旋转和分层操作。

研究人员指出,运动学和关节运动使得一些动作比其他动作更难完成。他们训练了几个模型来定量比较它们的可靠性。为了提高魔方旋转和分层操作(在没有反馈信号的情况下顺序执行)的鲁棒性,他们实施了一种回退机制来逐步检查魔方的状态。

该团队使用机器人的多关节接触动力学来验证他们的方法。Mujoco是为机器人和生物力学的研发而设计的物理引擎。在穆乔科,他们使用了一个灵巧的手大小的机械手。机械手被称为“影子手”。它的中指和无名指分别有三个驱动关节和一个欠驱动关节,小指和拇指有五个驱动关节(手腕有两个驱动关节)。在一个实验中,影子手的任务是操纵一个虚拟魔方来达到一个目标姿态,而在另一个实验中,它必须操纵两层来达到一个目标角度。

研究人员表示,他们模型的立方体旋转成功率稳定在90%以上(经过3万次训练后,这个数字提高到95.2%),分层操作的平均成功率为90.3%。他们表示,将两个原子操作一起优化,并将系统部署到实际硬件中,可以进一步提高性能。

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