加入AI的避障技術(shù)將催生更安全的機器人

新一代碰撞偵測與追蹤技術(shù)將使得在人類與其他移動物體周邊的協(xié)作型機器人更安全，來自眾家新創(chuàng)公司與實驗室的碰撞偵測與追蹤技術(shù)，將使得在人類與其他移動物體周邊的協(xié)作型機器人更安全。一個美國圣地亞哥大學(xué)(University of San Diego)的團(tuán)隊便開發(fā)了一種更快速的算法，能協(xié)助機器人利用機器學(xué)習(xí)避開障礙物；此外從麻省理工學(xué)院(MIT)獨立的公司Humatics，則正在開發(fā)人工智能(AI)輔助室內(nèi)雷達(dá)系統(tǒng)，能讓機器人精確追蹤人類的動作。

圣地亞哥大學(xué)所開發(fā)的算法名為Fastron，利用機器學(xué)習(xí)來加速并簡化碰撞偵測；該算法是根據(jù)一個機器人的組態(tài)空間(configuration space，C-space)模型，僅利用少量的碰撞點(collision points)與無碰撞點，來分類移動物體的碰撞與非碰撞。現(xiàn)有的碰撞偵測算法是運算密集方案，因為那些方案會詳細(xì)標(biāo)明機器人與障礙物3D幾何圖形中所有的點，然后檢查兩者之間每個點可能發(fā)生的碰撞；當(dāng)那些物體移動時，運算量會大幅增加。

美國圣地亞哥大學(xué)的團(tuán)隊開發(fā)出一種更快速的碰撞偵測算法，有助于機器人避開障礙物（來源：David Baillot, UC San Diego Jacobs School of Engineering）

Fastron算法的C-space模型扮演了以運動學(xué)為基礎(chǔ)(kinematic-based)的碰撞偵測代理(proxy)，該算法結(jié)合了核心感知學(xué)習(xí)算法的修改以及主動式學(xué)習(xí)算法，來減少以運動學(xué)為基礎(chǔ)之碰撞偵測的次數(shù)。這種算法不需要檢查每一個點，而是在界線(boundaries)附近檢查并分類碰撞與非碰撞；隨著物體移動，兩者之間的分類界線也會改變，因此算法能迅速更新分類然后繼續(xù)循環(huán)。

Fastron算法原理（來源：David Baillot, UC San Diego Jacobs School of Engineering）

該團(tuán)隊已經(jīng)在仿真中證實了，代理碰撞檢查的速度是有效多面體檢查工具(polyhedral checker)的兩倍，是有效高精確度碰撞檢查工具的八倍，而且不需要GPU加速器或平行運算；除了能應(yīng)用于工廠生產(chǎn)線，其他潛在應(yīng)用包括讓外科手術(shù)用的輔助機器手臂更安全運作、不會在手術(shù)過程中造成干擾。

AI輔助分析平臺

新創(chuàng)公司Humatics的共同創(chuàng)辦人暨執(zhí)行長David Mindell，也是MIT航天工程與技術(shù)史教授；該公司的產(chǎn)品長Stephen Toebes則是協(xié)作型機器人領(lǐng)導(dǎo)廠商Rethink Robotics的前任產(chǎn)品開發(fā)暨營運資深副總裁。此外該公司副總裁暨首席軟件架構(gòu)師Michael Barbehenn，則在擅長開發(fā)行動倉儲機器人的Amazon Robotics (前身為Kiva Systems)任職許久，曾擔(dān)任軟件部門副總裁。

Humatics的空間智慧平臺(Spatial Intelligence Platform)結(jié)合了一個微型定位系統(tǒng)，以廉價的RF技術(shù)與AI輔助分析軟件為基礎(chǔ)；該單一系統(tǒng)能追蹤多個移動的應(yīng)答器(transponder)目標(biāo)，具備毫米(millimeter)等級的精確度，最長距離可達(dá)30公尺。也能以連網(wǎng)方式結(jié)合多個系統(tǒng)，已覆蓋更寬廣的范圍，小至工廠的工作區(qū)，大致整個物流配送中心。

Mindell表示，該公司的目標(biāo)是以小型化、廉價的RF信標(biāo)(beacon)，來打造一個支持公分(cm)與毫米等級絕對參考定位(absolute reference positioning)的世界，無論是在室內(nèi)、室外或是任何一種天候狀態(tài)；他表示：“協(xié)作型機器人其實并不知道人們的所在位置，要融入人類環(huán)境，它們都應(yīng)該要配備針對周遭物體的定位導(dǎo)航功能；因此我們認(rèn)為，未來的自主型機器人，無論它們是車子或是工廠中的自動化機器人，還是無人機，都會是連網(wǎng)世界的組成部分?！?/p>

雖然Humatics目前正在開發(fā)的是小型化、短距離雷達(dá)，Mindell表示：“我們對于‘雷達(dá)’這個名詞有點矛盾，因為我們的空間智慧平臺并非反向散射系統(tǒng)(backscatter system)，而是二次雷達(dá)系統(tǒng)(secondary radar system)，也就是航空管制系統(tǒng)采用的方案，又稱為信標(biāo)對信標(biāo)(beacon-to-beacon)方案?！?/p>

Mindell指出，目前該公司的系統(tǒng)可達(dá)到毫米等級精確度、單一裝置3D量測，能追蹤大量的電池供電或車輛供電小型移動信標(biāo)，或被稱為“小精靈”(pucks)之人類、機器人移動物體上的小型信標(biāo)；除支持毫米等級追蹤精確度，也支持非常高的更新率。

Humatics的空間智慧平臺號稱能讓人類與機器人更安全地并肩工作

而Mindell透露，Humatics正在開發(fā)自家分析軟件：“所有在周遭的物體都是以毫米等級移動，因此在這個精確度的位置數(shù)據(jù)非常豐富；”其核心算法是基本的遞歸評估器(recursive estimator)，具備自適應(yīng)/優(yōu)化的功能，當(dāng)它們收集了大量數(shù)據(jù)就能更妥善分析動作以及位置信息。

Humatics系統(tǒng)采用的軟硬件技術(shù)號稱是廉價且可擴展的，因為產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)讓微波與毫米波組件的成本降低，而該技術(shù)采用的標(biāo)準(zhǔn)化API則能讓其數(shù)據(jù)也被其他應(yīng)用程序與服務(wù)使用；Mindell指出，該架構(gòu)是可延伸的，因此系統(tǒng)能以連網(wǎng)方式布署于大型廠房或其他空間，以提供廣大的覆蓋范圍。該解決方案預(yù)計在2018年進(jìn)行測試，并在2019年初正式上市。