წარმოიდგინეთ, რომ უწყვეტი რბილი რობოტული მკლავი ყურძნის მტევანს ან ბროკოლს ეხვევა და ობიექტის აწევისას რეალურ დროში არეგულირებს თავის მოჭიდებას. ტრადიციული ხისტი რობოტებისგან განსხვავებით, რომლებიც, უსაფრთხოების მიზნით, ცდილობენ მაქსიმალურად აირიდონ კონტაქტი გარემოსთან და ადამიანებისგან შორს დარჩნენ, ეს ახალი მკლავი აღიქვამს უმნიშვნელო ძალებს, იჭიმება და იკუმშება ისე, რომ ადამიანის ხელის მოქნილობას ბაძავს. მისი ყოველი მოძრაობა გათვლილია ზედმეტი ძალის თავიდან ასაცილებლად და ამოცანის ეფექტურად შესასრულებლად. მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის (MIT) კომპიუტერული მეცნიერებისა და ხელოვნური ინტელექტის ლაბორატორიაში (CSAIL) და ინფორმაციისა და გადაწყვეტილების სისტემების ლაბორატორიაში (LIDS) ეს ერთი შეხედვით მარტივი მოძრაობები რთული მათემატიკის, ზუსტი საინჟინრო გათვლებისა და რობოტების ხედვის შედეგია, რომლებსაც შეუძლიათ უსაფრთხოდ იმოქმედონ ადამიანებთან და დელიკატურ ობიექტებთან. რბილი რობოტები, თავიანთი დეფორმირებადი სხეულებით, გვპირდებიან მომავალს, სადაც მანქანები უფრო შეუფერხებლად იმოძრავებენ ადამიანების გვერდით, დაეხმარებიან მოვლაში ან გაუმკლავდებიან მყიფე ნივთებს ინდუსტრიულ გარემოში. თუმცა, სწორედ ეს მოქნილობა ართულებს მათ კონტროლს. მცირე მოხრებმა ან გადახვევებმა შეიძლება გამოიწვიოს არაპროგნოზირებადი ძალები, რაც ზრდის დაზიანების ან ტრავმის რისკს. ეს განაპირობებს რბილი რობოტებისთვის უსაფრთხო კონტროლის სტრატეგიების შემუშავების აუცილებლობას. „ხისტი რობოტებისთვის უსაფრთხო კონტროლისა და ფორმალური მეთოდების მიღწევებით შთაგონებულნი, ჩვენ მიზნად დავისახეთ ამ იდეების ადაპტირება რბილ რობოტიკაზე — მათი რთული ქცევის მოდელირება და კონტაქტის მიღება, ვიდრე თავიდან აცილება — რათა შესაძლებელი გახდეს მაღალეფექტური დიზაინები (მაგალითად, მეტი ტვირთამწეობა და სიზუსტე) უსაფრთხოებისა და მასალაში ჩადებული ინტელექტის შეწირვის გარეშე“, — აცხადებს წამყვანი უფროსი ავტორი და MIT-ის ასისტენტ-პროფესორი ჯოელე ზარდინი, რომელიც არის LIDS-ისა და სამოქალაქო და გარემოს ინჟინერიის დეპარტამენტის მთავარი მკვლევარი, ასევე მონაცემების, სისტემების და საზოგადოების ინსტიტუტის (IDSS) ასოცირებული ფაკულტეტის წევრი. „ამ ხედვას იზიარებს სხვა ჯგუფების ბოლოდროინდელი პარალელური სამუშაოებიც“. **უსაფრთხოება უპირველეს ყოვლისა** გუნდმა შეიმუშავა ახალი სისტემა, რომელიც აერთიანებს არაწრფივი კონტროლის თეორიას (სისტემების მართვა, რომლებიც მოიცავს უაღრესად კომპლექსურ დინამიკას) მოწინავე ფიზიკური მოდელირების ტექნიკასთან და ეფექტურ რეალურ დროში ოპტიმიზაციასთან, რათა მიიღოს ის, რასაც ისინი „კონტაქტზე ორიენტირებულ უსაფრთხოებას“ უწოდებენ. ამ მიდგომის საფუძველს წარმოადგენს მაღალი რიგის კონტროლის ბარიერის ფუნქციები (HOCBFs) და მაღალი რიგის კონტროლის ლიაპუნოვის ფუნქციები (HOCLFs). HOCBFs განსაზღვრავს უსაფრთხო საოპერაციო საზღვრებს, რაც უზრუნველყოფს, რომ რობოტი არ გამოიყენებს სახიფათო ძალებს. HOCLFs კი ეფექტურად წარმართავს რობოტს თავისი ამოცანებისკენ, აბალანსებს უსაფრთხოებასა და შესრულებას შორის. „არსებითად, ჩვენ ვასწავლით რობოტს, იცოდეს საკუთარი შეზღუდვები გარემოსთან ურთიერთობისას, თანაც თავისი მიზნების მიღწევისას“, — ამბობს MIT-ის მექანიკური ინჟინერიის დეპარტამენტის დოქტორანტი კიუან ვონგი, ახალი ნაშრომის წამყვანი ავტორი, რომელიც აღწერს ამ სისტემას. „მიდგომა მოიცავს რბილი რობოტის დინამიკის, კონტაქტის მოდელების და კონტროლის შეზღუდვების კომპლექსურ გამოყვანას, მაგრამ კონტროლის მიზნების და უსაფრთხოების ბარიერების სპეციფიკაცია პრაქტიკოსისთვის საკმაოდ მარტივია, ხოლო შედეგები ძალიან ხელშესახებია: თქვენ ხედავთ რობოტს, რომელიც შეუფერხებლად მოძრაობს, რეაგირებს კონტაქტზე და არასოდეს ქმნის სახიფათო სიტუაციებს“. „ტრადიციულ კინემატიკურ CBF-ებთან შედარებით — სადაც წინ-ინვარიანტული უსაფრთხო სიმრავლეების დაზუსტება რთულია — HOCBF სისტემა ამარტივებს ბარიერის დიზაინს, ხოლო მისი ოპტიმიზაციის ფორმულირება ითვალისწინებს სისტემის დინამიკას (მაგალითად, ინერციას), რაც უზრუნველყოფს, რომ რბილი რობოტი საკმარისად ადრე გაჩერდება, რათა თავიდან აიცილოს სახიფათო კონტაქტური ძალები“, — აღნიშნავს ვორესტერის პოლიტექნიკური ინსტიტუტის ასისტენტ-პროფესორი და CSAIL-ის ყოფილი პოსტდოქტორი ვეი შაო. „მას შემდეგ, რაც რბილი რობოტები გამოჩნდნენ, ამ სფერომ ხაზი გაუსვა მათ ინტეგრირებულ ინტელექტს და ხისტი რობოტებთან შედარებით მეტ თანდაყოლილ უსაფრთხოებას, პასიური მასალისა და სტრუქტურული მოქნილობის წყალობით. თუმცა, მათი „კოგნიტური“ ინტელექტი — განსაკუთრებით უსაფრთხოების სისტემები — ჩამორჩა ხისტი სერიული ბმული მანიპულატორებისას“, — აცხადებს თანაავტორი მაქსიმილიან შტოლცლე, Disney Research-ის მკვლევარი სტაჟიორი და ადრე დელფტის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტის დოქტორანტი და მიწვეული მკვლევარი MIT LIDS-სა და CSAIL-ში. „ეს ნაშრომი ხელს უწყობს ამ უფსკრულის დახურვას დადასტურებული ალგორითმების რბილ რობოტებთან ადაპტირებით და მათი მორგებით უსაფრთხო კონტაქტისა და რბილი უწყვეტი დინამიკისთვის“. LIDS-ისა და CSAIL-ის გუნდმა სისტემა გამოსცა ექსპერიმენტების სერიაზე, რომელიც მიზნად ისახავდა რობოტის უსაფრთხოებისა და ადაპტირების შემოწმებას. ერთ-ერთ ტესტში, მკლავი ნაზად აწვებოდა მოქნილ ზედაპირს, ინარჩუნებდა ზუსტ ძალას გადამეტების გარეშე. მეორეში, მან მოხაზა მოღუნული ობიექტის კონტურები, არეგულირებდა თავის მოჭიდებას ცურვის თავიდან ასაცილებლად. კიდევ ერთ დემონსტრაციაში, რობოტმა მყიფე ნივთები ადამიან ოპერატორთან ერთად დაამუშავა, რეალურ დროში რეაგირებდა მოულოდნელ ბიძგებზე ან ცვლილებებზე. „ეს ექსპერიმენტები აჩვენებს, რომ ჩვენი სისტემა უნარიანია განზოგადდეს მრავალფეროვან ამოცანებსა და მიზნებზე, და რობოტს შეუძლია აღიქვას, მოერგოს და იმოქმედოს რთულ სცენარებში, ყოველთვის მკაფიოდ განსაზღვრული უსაფრთხოების პარამეტრების დაცვით.“