Il cane robot dell'ETH risolve il cubo di Rubik con le sue zampe
ANYmal impiega da otto a nove minuti per un ciclo completo. Durante questo processo, il robot a quattro zampe deve inclinare, ruotare e stabilizzare in modo controllato un cubo del peso di 4,6 chilogrammi.
Con una zampa anteriore, «ANYmal» tiene fermo il cubo. Usa le altre per ruotare due piani di 90 gradi. Successivamente, cambia posizione e inizia con il passaggio successivo. Sembra semplice, ma richiede al robot quadrupede una notevole destrezza.
Il cubo di Rubik misura 40 centimetri per lato. Durante i test, «ANYmal» è riuscito a risolverlo completamente tre volte senza alcun aiuto umano. Per farlo, ha impiegato circa 30 passaggi di movimento ciascuna, tra cui rotazioni del cubo e cambi di posizione. Il team di ricerca dell'ETH di Zurigo ha pubblicato i risultati in un lavoro scientifico.
Prima scansionare, poi ruotare
Prima che «ANYmal» possa iniziare, deve riconoscere i colori del cubo. Per farlo, gli gira intorno e rileva i lati visibili con le sue telecamere. Per vedere anche la parte inferiore, ribalta il cubo una volta.
Dalle riprese, il software ricostruisce la posizione di tutti i campi colorati. Su questa base, il cosiddetto algoritmo di Kociemba calcola una soluzione con il minor numero possibile di rotazioni del cubo. Il metodo è stato sviluppato da Herbert Kociemba. La pianificazione del movimento traduce le rotazioni calcolate in azioni che «ANYmal» può eseguire con le sue zampe.
Le zampe imparano nuovi compiti
I movimenti richiedono un controllo preciso delle zampe. «ANYmal» deve esercitare una forza sufficiente per ruotare i piani del cubo. Allo stesso tempo, il robot non deve perdere l'equilibrio né spostare accidentalmente altri piani.
Fonte: Robotic Systems Lab: Legged Robotics at ETH Zürich / Youtube
Per imparare questi movimenti, i ricercatori si affidano al cosiddetto «Reinforcement Learning». In questo processo, un'IA addestra inizialmente le sequenze di movimento in un ambiente virtuale. Attraverso tentativi ripetuti e ricompense per le azioni riuscite, impara a controllare i propri movimenti in modo mirato. Dai risultati, i ricercatori sviluppano un sistema di controllo che lavora con le immagini delle telecamere e i dati dei sensori di «ANYmal».
I singoli test mostrano quanto sia impegnativo il compito. Entrambi i movimenti di ribaltamento sono riusciti 15 volte su 15 tentativi. Per le rotazioni in senso antiorario, 13 tentativi su 15 sono stati coronati da successo, mentre in senso orario dieci.
Più di un trucco con il cubo di Rubik
In esperimenti precedenti, i robot quadrupedi avevano già premuto pulsanti o aperto porte con le loro zampe. Risolvere un cubo di Rubik, tuttavia, richiede diversi movimenti precisi e coordinati tra loro.
Con questo, i ricercatori vogliono dimostrare come i robot camminatori potrebbero utilizzare le loro zampe anche come strumenti in futuro. Sarebbero pensabili, ad esempio, compiti in cui un robot deve tenere fermi, spostare o azionare oggetti.
Le tre soluzioni complete sono state ottenute in condizioni controllate su una superficie piana. I ricercatori hanno testato singoli movimenti anche su pavimentazioni in ciottoli e superfici scivolose. In tali occasioni, il robot ha talvolta raggiunto i propri limiti. Resta da vedere se «ANYmal» possa gestire compiti simili in modo affidabile nella vita quotidiana.
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