Una vez que han dominado las habilidades de la infancia, los humanos son bastante buenos en lo que los robotistas llaman "planificación de movimiento": sortear obstáculos para recoger con precisión un refresco en un refrigerador lleno de gente, o deslizar sus manos alrededor de una pantalla para conectar uncable invisible
Pero para los robots con brazos con múltiples articulaciones, la planificación del movimiento es un problema difícil que requiere un cálculo que requiere mucho tiempo. Simplemente levantar un objeto en un entorno que no ha sido diseñado previamente para el robot puede requerir varios segundos de cálculo.
Los investigadores de la Universidad de Duke han introducido un procesador informático especialmente diseñado para la planificación del movimiento que puede planificar hasta 10.000 veces más rápido que los enfoques existentes, mientras consume una pequeña fracción de la potencia. El nuevo procesador es lo suficientemente rápido como para planificar y operar en tiempo real,y lo suficientemente eficiente como para ser utilizado en entornos de fabricación a gran escala con miles de robots.
"Cuando piensas en una línea de ensamblaje de automóviles, todo el entorno se controla cuidadosamente para que los robots puedan repetir ciegamente los mismos movimientos una y otra vez", dijo George Konidaris, profesor asistente de ciencias de la computación e ingeniería eléctrica e informática en Duke"Las partes del automóvil están exactamente en el mismo lugar cada vez, y los robots están contenidos dentro de jaulas para que los humanos no pasen desapercibidos. Pero si su robot está usando planificación de movimiento en tiempo real y una parte está en un lugar diferente,o hay un desorden inesperado, o un humano pasa, hará lo correcto "
La planificación rápida del movimiento ahorra el tiempo y los gastos de ingeniería del entorno alrededor del robot, dijo Konidaris, quien presentará el nuevo trabajo el 20 de junio en una conferencia llamada Robótica: Ciencia y Sistemas en Ann Arbor, Mich.
La planificación del movimiento se ha estudiado durante 30 años, y los avances recientes han reducido el tiempo necesario para encontrar un plan para un robot sofisticado a unos pocos segundos. Con pocas excepciones, estos enfoques existentes se basan en CPU de uso general o computacionalmente más rápido, peromás procesadores gráficos GPU que consumen mucha energía.
El equipo de Duke diseñó un nuevo procesador específicamente para la planificación del movimiento.
"Si bien una CPU de propósito general es buena para muchas tareas, no puede competir con un procesador especialmente diseñado para una sola tarea", dijo Daniel Sorin, profesor de ingeniería eléctrica e informática y ciencias de la computación en Duke.
El equipo de Konidaris y Sorin diseñó su nuevo procesador para realizar la detección de colisión, el aspecto más lento de la planificación del movimiento, de modo que el procesador realiza miles de comprobaciones de colisión en paralelo.
"Agilizamos nuestro diseño y enfocamos nuestros presupuestos de hardware y energía en las tareas específicas que son importantes para la planificación del movimiento", dijo Sorin.
La tecnología funciona al dividir el espacio operativo del brazo en miles de volúmenes 3D llamados voxels. El algoritmo luego determina si un objeto está presente o no en uno de los voxels contenidos en las rutas de movimiento preprogramadas. Gracias al hardware especialmente diseñado, la tecnología puede verificar miles de rutas de movimiento simultáneamente y luego unir la ruta de movimiento más corta posible utilizando las opciones "seguras" restantes.
"El estado del arte antes de nuestro trabajo utilizaba procesadores gráficos de alto rendimiento que consumen de 200 a 300 vatios", dijo Konidaris. "E incluso entonces, tomaba cientos de milisegundos, o incluso tanto como un segundo, para encontrar un plan. Estamos a menos de un milisegundo y a menos de 10 vatios. Incluso si no fuéramos más rápidos, el ahorro de energía solo se sumaría en fábricas con miles, o incluso millones, de robots ".
Konidaris también señala que la tecnología abre nuevas formas de usar la planificación de movimiento.
"Anteriormente, la planificación se realizaba una vez por movimiento, porque era muy lento", dijo Konidaris, "pero ahora es lo suficientemente rápido como para que pueda usarse como un componente de un algoritmo de planificación más complejo, tal vez uno que secuencia varios más simplesmovimientos o planes para razonar sobre el movimiento de varios objetos ".
La velocidad y la eficiencia energética del nuevo procesador podrían crear muchas oportunidades para la automatización. Konidaris, Sorin y sus estudiantes cuentan con ello, y han incorporado una empresa derivada, Realtime Robotics, para comercializar la tecnología.
"La planificación del movimiento en tiempo real realmente podría cambiar las reglas de juego de la robótica", dijo Konidaris.
Esta investigación fue apoyada por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa y los Institutos Nacionales de Salud.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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