Robot hình người đã trở thành tâm điểm chú ý trong năm qua, với các công ty xếp hàng để phát hành sản phẩm hình người của riêng họ. Hầu hết chúng đều có ngoại hình giống người, sử dụng cánh tay và móng vuốt để cầm đồ vật, và chân cứng để đi bộ.
Nhưng gần đây, Viện nghiên cứu Toyota (TRI) của Nhật Bản đã cho ra mắt một loại robot mới, Punyo, và bày tỏ hy vọng rằng Punyo sẽ thúc đẩy sự phát triển của robot hình người.
Punyo là sáng kiến trong khái niệm thiết kế và phương pháp vận hành của robot. Nó không có chân, và cho đến nay, nhóm TRI đã làm việc trên phần thân của robot và phát triển các kỹ năng thao tác.
Khái niệm thiết kế: phục vụ cuộc sống hàng ngày của con người
Robot công nghiệp truyền thống chủ yếu được sử dụng trong các hoạt động xưởng, lắp ráp và các nhiệm vụ khác để nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm cường độ lao động. Trong tương lai, robot dịch vụ có thể vào nhiều ngôi nhà hơn, trực tiếp đối mặt và phục vụ nhu cầu hàng ngày của người dân bình thường.
Các nhà nghiên cứu TRI cho biết mục tiêu của Punyo là trở thành một robot "giúp mọi người hoàn thành các công việc hàng ngày ở nhà và những nơi khác".
Khái niệm thiết kế này xác định rằng Punyo cần phải linh hoạt, mềm mại và an toàn. Bởi vì để có thể đi vào môi trường gia đình phức tạp và thay đổi, không thể có cánh tay cơ khí cứng và cứng như robot công nghiệp truyền thống. Nếu không, nó sẽ khiến con người có cảm giác nguy hiểm và không thể hoàn thành các nhiệm vụ vận hành hàng ngày khác nhau. Điều này có phần giống với ý tưởng thiết kế robot Pepper của SoftBank, tập trung vào cách làm cho robot hòa nhập hơn vào cuộc sống của con người.
Các ứng dụng hướng dịch vụ cũng yêu cầu Punyo phải học nhiều kỹ năng hàng ngày, không chỉ thực hiện một thao tác duy nhất trên dây chuyền lắp ráp của nhà máy. Điều này đòi hỏi phải cung cấp cho robot khả năng học tập mạnh mẽ và nắm vững các phương pháp vận hành của nhiều nhiệm vụ hàng ngày khác nhau bằng cách quan sát và bắt chước các cuộc trình diễn của con người.
Đối với robot hình người, việc điều khiển bằng toàn bộ cơ thể là một thách thức vì sự cân bằng là một thách thức. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu TRI đã thiết kế robot của mình để làm được điều đó.
"Punyo làm mọi thứ theo cách khác. Sử dụng toàn bộ cơ thể, nó có thể mang nhiều thứ hơn là chỉ ấn bằng một bàn tay duỗi ra", Andrew Beaulieu, một trong những người đứng đầu kỹ thuật của TRI về thao tác toàn thân, cho biết thêm. "Sự mềm mại, độ nhạy xúc giác và khả năng tạo ra nhiều tiếp xúc giúp thao tác các vật thể tốt hơn".
Thân mềm và thân cứng
Để đạt được thiết kế robot mềm dẻo và linh hoạt, TRI đã áp dụng thiết kế cánh tay cơ học kết hợp giữa cứng và mềm. Bàn tay, cánh tay và ngực của Punyo được bao phủ bằng vật liệu phù hợp và cảm biến xúc giác, cả hai đều cảm nhận được tiếp xúc bên ngoài, và vật liệu mềm cho phép cơ thể robot thích ứng với các vật thể mà nó đang thao tác.
Đây là ý tưởng thiết kế điển hình cho nhiều loại robot mềm hiện nay.
Đồng thời, dưới lớp vỏ mềm, Punyo cũng giữ lại hai cánh tay cơ khí "cứng" làm giá đỡ xương, cũng như khung thân và bộ truyền động thắt lưng để cung cấp hỗ trợ cơ học và điều khiển chính xác. Sự kết hợp giữa thiết kế cứng và mềm này kết hợp các ưu điểm cơ học của robot truyền thống với các đặc điểm mềm của robot mềm.
Cụ thể, túi khí trên cánh tay của Punyo có thể điều chỉnh áp suất bên trong để trở nên cứng hơn hoặc mềm hơn khi cần thiết. Trong khi đảm bảo độ cứng cơ học nhất định, nó cũng cung cấp khoảng 5 cm độ đàn hồi. "Móng vuốt" cũng sử dụng thiết kế túi khí cao su latex có độ ma sát cao. Camera trong lòng bàn tay có thể cảm nhận được độ lớn của lực bên ngoài bằng cách quan sát sự biến dạng bề mặt của túi khí. Toàn bộ cánh tay có thể uốn cong và xoay, và các túi khí được kết nối với nhau, cho phép lực được truyền đi một cách trơn tru và ngăn chặn robot "gãy cánh tay".
Khả năng học tập mạnh mẽ
Để thích nghi với những nhiệm vụ thay đổi trong môi trường gia đình, Punyo phải có khả năng học tập mạnh mẽ.
Theo nhóm TRI, Punyo đã học được một chính sách giàu tiếp xúc bằng hai phương pháp: chiến lược khuếch tán và học tăng cường hướng dẫn bằng ví dụ. TRI đã công bố cách tiếp cận của mình đối với chính sách phổ biến vào năm ngoái. Với cách tiếp cận này, robot sử dụng các cuộc trình diễn của con người để học các chiến lược cảm biến vận động mạnh mẽ cho các nhiệm vụ khó mô hình hóa.
Học tăng cường hướng dẫn bằng ví dụ là một phương pháp đòi hỏi phải mô hình hóa một nhiệm vụ trong mô phỏng và hướng dẫn quá trình khám phá của robot thông qua một tập hợp nhỏ các cuộc trình diễn. TRI cho biết họ sử dụng phương pháp học này để triển khai các chiến lược vận hành mạnh mẽ cho các nhiệm vụ có thể được mô hình hóa trong mô phỏng.
Khi một robot có thể thấy những nhiệm vụ này được trình bày, nó có thể học chúng hiệu quả hơn. Nó cũng cung cấp cho nhóm TRI nhiều không gian hơn để tác động đến phong cách chuyển động mà robot sử dụng để hoàn thành nhiệm vụ của mình.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các tiên nghiệm chuyển động đối nghịch (AMP), vốn thường được dùng để cách điệu các nhân vật hoạt hình trên máy tính, nhằm kết hợp khả năng bắt chước chuyển động của con người vào quy trình củng cố của họ.
Học tăng cường đòi hỏi các nhóm phải mô hình hóa các nhiệm vụ trong mô phỏng để đào tạo. Để làm được điều này, TRI sử dụng một trình lập kế hoạch dựa trên mô hình để trình diễn thay vì các hoạt động từ xa. Nó gọi quá trình này là "học tăng cường theo kế hoạch".
TRI tuyên bố rằng việc sử dụng trình lập kế hoạch có thể giúp thực hiện các nhiệm vụ đường dài khó điều khiển từ xa. Nhóm cũng có thể tự động tạo ra bất kỳ số lượng bản demo nào, giảm sự phụ thuộc của đường ống vào đầu vào của con người, giúp TRI tiến gần hơn đến việc tăng số lượng nhiệm vụ mà Punyo có thể xử lý.
Mặc dù robot dịch vụ phần mềm Punyo vẫn còn trong giai đoạn sơ khai và hiệu suất của nó ở mọi khía cạnh cần được cải thiện, nhưng triển vọng ứng dụng của nó rất rộng và khái niệm thiết kế cũng như lộ trình kỹ thuật của Punyo cũng mang đến những ý tưởng mới cho ngành công nghiệp.