Класс робототехники Bioinspired предлагает интересные сюрпризы

Войдите в класс Ким, 2.74 (Биоинспирированная робототехника).

По словам Кима, исследователям необходимо понять эту когнитивную предвзятость, эту тенденцию к антропоморфизму, чтобы приступить к разработке роботов, которые могут помогать людям в их телесных движениях. В то время как исследовательский интерес Кима заключается в создании роботов, которые могут помочь людям, таким как пожилые люди в старшем классе с меньшим количеством молодых людей для оказания услуг, такой прогресс невозможен даже без понимания биологии и биомеханики и того, как мало мы их понимаем. наши повседневные движения.

«Одна из важных вещей, которую студенты должны усвоить на этом занятии, — это не обязательное понимание того, как двигается наше тело, а тот факт, что мы не понимаем, как мы двигаемся», — говорит Ким. «Одной из наших конечных целей в робототехнике является разработка роботов, которые помогают пожилым людям, имитируя то, как мы используем наши руки и ноги, но если вы не понимаете, как мало мы знаем о том, как мы двигаемся, мы не сможем даже начать решать Эта проблема.»

Первая половина класса, состоящая из 50 или менее старшеклассников и аспирантов, посвящена биологии и биомеханике. Столкнувшись с тем, как мало мы знаем о бессознательных процессах, которые позволяют людям взаимодействовать с окружающей средой, говорит Ким, у студентов возникает чувство удивления.

«Во время лекции студенты смотрят на свои руки как на роботизированную систему, на то, как они двигаются и как работают. Обучение тому, как мы двигаемся и как создать подобное поведение у роботов, понимая оба мира, само по себе интересно», — говорит Ким. .Я не знал об этом.»

«Это движущая сила всего класса», — добавляет он. «Вот так мы думаем и развлекаемся».

«Одна из самых удивительных вещей, которую он узнал в возрасте 2,74, связана с тем, как люди ходят», — говорит Роберто Полли, который учится на втором курсе магистерской программы.

«Ходьба — это, по сути, непрерывный спуск, при этом центр масс тела опускается вперед, как перевернутый маятник, — говорит Паули, чья команда разработала 2,74-битного робота по имени Chickenbot 9000. — Это означает, что наша максимальная скорость ходьбы примерно определяется длина и тяжесть наших ног, а не из-за нашей физической подготовки или выносливости в целом».

Исследовательские проекты показывают, что 2,74 студента, приступающих ко второй половине семестра, выявляют очень специфические биологические модели поведения для изучения и стремятся использовать максимально простую модель. Например, они могут проверить, где должна располагаться батарея или другая нагрузка на прыгающем роботе, чтобы совершить самый высокий прыжок.

Благодаря этому процессу учащиеся могут сравнивать то, что они узнали о биологии, с робототехникой, разрабатывая и корректируя гипотезы, идеи, которые исходят из биологии, но нуждаются в реконфигурации в контексте робототехники, говорит Ким.

«Если вы видите прыгающего кенгуру, вы можете сказать: «Как кенгуру может прыгать так высоко? Я не могу проверить это на животном, и вам действительно нужно трижды подумать об этом. У нас разные мышцы». в роботе, не так ли? У нас нет такого же типа сухожилий. Таким образом, мы должны переформулировать гипотезу в контексте робототехники», — говорит Ким. «Половина урока посвящена биологии и биомеханике, поэтому учащиеся могут реально сравнить мышцы и электродвигатели, компьютеры и мозг, компьютерные алгоритмы и управление движением».

Полли говорит, что занятия помогли ему освоить «систематический подход к применению биологических концепций к механическим системам».

«Биомимикрия — это не просто «давайте скопируем этот дизайн, который мы нашли в природе, и посмотрим, насколько хорошо он работает на роботе», — говорит он. — Речь идет об извлечении полезных принципов из природных систем для решения таких задач, как манипулирование и движение в новых и интересных условиях». пути».

Джесс Хан, первокурсница магистратуры, отмечает, что она и ее коллеги-исследователи «должны быть осторожны и критически относиться к тем аспектам биологии, которые мы пытаемся смоделировать с помощью наших роботов», потому что природа не всегда обеспечивает лучший дизайн.

«Естественный отбор позволяет выживать «достаточно хорошим» вещам, а не выбирать идеальное решение», — говорит Хан, один из создателей Suni-Bot, названного в честь олимпийского гимнаста Сонни Ли. «Если мы бездумно копируем биологию, мы можем создавать роботов, которые не так эффективны, как могли бы быть, или которые не в полной мере используют потенциал имеющихся у нас технологий».

Студенты изучают и экспериментируют как с роботами, так и с компьютерными симуляциями. Ким говорит, что 70% программы класса; Данные динамического моделирования и результатов приборного контроля используются для того, чтобы сделать научный вывод.

По словам Ким, подобные открытия могут пролить свет на небольшие области огромного, неизвестного пространства подсознательного поведения, лежащего в основе большей части человеческого движения.

«Независимо от того, как мы изучаем наше человеческое тело, я не думаю, что мы сможем решить главный вопрос о том, как мы двигаемся», — говорит он. «Вместо этого вы строите автоматизированную систему, а затем экспериментируете с A, B, C. Затем, если вы находите что-то жизнеспособное, вы говорите: «Ха, это должно быть так, как мы это контролируем». [a particular movement]. «

Даже самые продвинутые исследователи робототехники «не знают, какой робот сейчас поможет людям», — говорит Ким. «Мы просто создаем компонентную технологию».

Между тем, класс биороботов Кима, вдохновленный Ким, обеспечивает питательную среду для экспериментов.

«Студенты определенно любили своих роботов, — говорит Полли. «Мы организовались в небольшие группы для окончательного проекта, поэтому каждый работал над каким-то аспектом биомимикрии, в котором они были лично заинтересованы. батут. Как студент-механик, я думаю, что был более восторженным по поводу «manus» стороны «man et manus» [‘mind and hand,” MIT’s motto]Так что лабораторные работы, связанные со сборкой и управлением ногами робота, а также окончательный проект, безусловно, были самой интересной частью занятия».