Где встретить дроида BD-X: в Disney разработали робота-джедая для Диснейленда

Робот Disney отличается от многих подобных изобретений тем, что у него две ноги. Часто подобные устройства делают похожими на животных и наделяют четырьмя ногами. У этого робота пять степеней свободы (degrees of freedom) на каждую ногу и четыре степени для шеи и головы. Благодаря пространству между ног робот может свободно двигать нижней частью тела, а его голова — шевелиться независимо от туловища.

Приводы инженеры разместили в суставах, как это делают известные робототехники в ANYmal. Детали, которые соединяют пары приводов, напечатали на 3D-принтере, а ступни изготовили из полиуретана, чтобы смягчить шаги робота.

Общая масса робота — 15,4 кг: туловище весит 5,8 кг, шея и голова — 2,4 кг, а каждая нога — 3,6 кг. Высота — 66 см, длина ног в согнутом положении — 34 см.

Поскольку робота в компании Disney разрабатывали для «работы с людьми» в парке развлечений, к его основным функциям добавили способность выражать эмоции через подсветку для глаз и фонарик на голове. BD-X может «подмигивать» и «сигналить» светодиодами, когда хочет привлечь к себе внимание. Управление этими функциями не связано с общей динамикой системы, поэтому они контролируются оператором отдельно.

Для начала робота обучали в среде симулятора, чтобы настроить и скорректировать его движения. Для этого инженеры использовали ML-модели и онлайн-контроллеры. С помощью первых роботу задавали опорные точки, на которые он ориентировался при ходьбе. А Model Predictive Control (MPC) помогал оператору контролировать, чтобы робот не отклонялся от заданной траектории.

Большинство похожих роботов управляются единой системой, но в Disney решили разделить управление: для имитации ходьбы, стояния и коротких последовательностей действий написали отдельные команды. В реальном времени комбинация команд помогает оператору бесшовно и интуитивно понятно контролировать робота с помощью пульта дистанционного управления.

Движения робота разделили по длительности во времени:

• Непрерывные движения не имеют четкого начала и конца. Робот сохраняет равновесие и реагирует на непрерывный поток команд от оператора — так ему удается ходить «по-человечески».
• Периодические движения характеризуются фазовым сигналом, который передается в стратегию поведения. В этом режиме фазовый сигнал повторяется циклически. Так робот, например, подпрыгивает или вертит головой.
• Эпизодические движения имеют предопределенную длительность. Политики получают монотонно возрастающий фазовый сигнал. После завершения одного действия происходит принудительный переход к другому. К таким движениям можно отнести взаимодействие со зрителем: в Диснейленде робот может подать посетителю руку, а затем переключиться и пойти дальше.

Высокотехнологичным изобретение Disney не назовешь, оно скорее локальное, нужное лишь студии. Инженеры не стремились разработать или протестировать прорывной метод. Тем не менее, робот получился красивым — нечасто двуногое или четвероногое устройство выглядит привлекательно. К тому же, он точно порадовал фанатов «Звездных войн».

Эмуляция движений получилась убедительной. Сначала робот учит набор движений: как ходить, топать и прыгать. Затем эти движения выполняются в симуляторе, а нейросеть, которая управляет его актуаторами, обучается управлять устройством: помогает роботу держать равновесие, ходить и выполнять действия из актерского репертуара. Например, подмигивать зрителям фонариком.

Натренированная модель в совокупности с алгоритмическим движком ПО робота позволяет получать внешние команды оператора и подавать их на вход ML-модели. Нейросеть, в свою очередь, находит схожие с натренированными действия и передает команды на приводы робота.

Достижение ребят в том, что этот метод обучения работает: робот двигается живо и убедительно. В статье о BD-X они отмечают, что нейросеть хорошо управляется с достаточно неуклюжим кастомным изобретением. В компании даже проводили эксперимент: оставляли робота двигаться в большой комнате в течение 10 часов под управлением нейросети. BD-X успешно прошел это испытание — как настоящий джедай.