Все новости от 1 января 2003 г.

Наделяя роботов даром зрения

Ганс Моравек (Hans Moravec) закончил работу над стереоскопической системой зрения для роботов, которая позволит машинам ориентироваться в любых помещениях. По его словам, технология «более чем достаточна для надежной ориентации роботов в бытовых условиях».

Система Моравека состоит из двух цифровых камер и встроенной в компьютерный мозг робота 3D-матрицы. Расстояние до объектов определяется геометрически по разнице смещения их изображений, полученных каждой из камер. Матрица, состоящая из 32 млн цифровых элементов, помогает разобраться с неполными или потенциально недостоверными визуальными данными. Например, объект, видимый для одной камеры, может быть заслонен от другой, или на чистой стене может не быть никаких деталей, за которые могла бы «зацепиться» система триангуляции.

Моравек направляет зрительный сигнал в 3D-матрицу и применяет статистический метод для оценки достоверности данных, поступающих в каждый из элементов. Подбирая параметры уравнения, он добивается правильной интерпретации системой визуальной информации в различных условиях, например при нормальной и слабой освещенности. Роботы, оснащенные его системой, смогут автоматически выбирать нужные параметры. Если зрение робота при «включенном свете» не замечает приближающихся вплотную объектов (избежать столкновения ему помогут другие датчики), он поймет, что надо изменить настройку матрицы. «Он просто замрет на несколько секунд — как бы для того, чтобы протереть глаза», — поясняет Моравек.

В последние десятилетия плохое «зрение» было главным фактором, ограничивающим область применения роботов в основном производственными цехами. Надежды на появление дружелюбных дроидов вроде C3PO из «Звездных войн» не оправдались, отчасти из-за невозможности обучить роботов эффективно и безопасно двигаться в жилых и служебных помещениях со множеством часто меняющих свое положение предметов. Моравек работает над системой зрения и ориентации роботов с 70-х годов. «Это оказалось намного труднее, чем мы думали», — говорит он. Однако за последние годы достигнут определенный прогресс. Робот HelpMate с конструкцией R2-D2, поставляемый производителем медицинского оборудования Pyxis, разносит пробы крови, лекарства и еду по коридорам более чем сотни клиник. Matsushita Electric Works работает над собственным медицинским роботом-курьером и этой весной планирует начать его поставки. Продаются роботы-пылесосы, а Honda и Sony создали роботов-гуманоидов. У ходячего робота Sony SDR-4X ростом 58,5 см 38 суставов, а в его блестящую, серебристую голову встроены стереокамеры. Во время движения он избегает препятствий и может различать голоса и песни.

Не просто игрушки
Моравек отдает должное Sony, построившей замечательную машину, но свою технологию зрения считает более практичной: «То, что они делают сейчас, это всего лишь игрушка. Я же занимаюсь полезным изделием». В первую очередь он рассчитывает оснастить своей системой зрения существующих роботов. Технология позволит покупателям роботов обойтись без таких предосторожностей, как наклеивание на стены отражающей ленты или знаков со штрихкодами, без которых многие роботы не в состоянии ориентироваться.

Моравек не единственный, кто работает над компьютерным зрением. Поиски в данном направлении ведут компании Tyzx, Point Grey Research и Videre Design. Отличительной особенностью его системы служит 3D-матрица, которая лучше справляется со сложными условиями пересеченной местности или ненадежных измерений как в случае чистой стены. Другой современный метод компьютерного зрения использует лазерные искатели, измеряющие расстояние до объектов по времени возврата отраженного света. Но Моравек утверждает, что в долгосрочной перспективе его технология дешевле. Он оценивает стоимость своей системы в 5000 $, но в течение трех лет благодаря снижению цен на компоненты она должна подешеветь до 1000 $. «Самая дорогостоящая часть — это вычислительные элементы. Но они дешевеют с вполне предсказуемой скоростью».

Моравек сотрудничает с небольшой компанией Botfactory, которая ищет около 5 млн $ инвестиционного капитала на создание прототипа «головы» робота. Некоторый интерес уже проявили американский производитель промышленного оборудования FMC Technologies и немецкая компания Karcher, выпускающая машины для ухода за полами. Джо Энгельбергер (Joe Engelberger), разработавший в 60-е годы первых промышленных роботов для General Motors и построивший машину HelpMate, полагает, что работа Моравека может стать важным шагом на пути к созданию роботов, непосредственно прислуживающих людям. «Если кто-нибудь внесет значительный вклад в систему зрения, это будет гигантским усовершенствованием, — говорит он. — Пожалуй, это самый важный орган чувств для робота».

Однако не меньшее, чем зрению, значение Энгельбергер, который сейчас работает над роботом, способным ухаживать за престарелыми, придает технологии идентификации. Иными словами, робот-прислуга должен не только видеть предметы и избегать столкновения с ними, но и распознавать их. «Если я скажу роботу: „Подай мне пиво”, — я должен рассчитывать на то, что он не принесет коку». Распознавание предметов входит в «шорт-лист последующих шагов» Моравека. Здесь снова может помочь его матрица. «Простой подход для распознавания твердых предметов известной постоянной формы заключается в сканировании трехмерного шаблона этой формы посредством 3D-матрицы, измеряющей статистическую корреляцию. Когда шаблон совпадает с объектом по форме, происходит заметный всплеск корреляции».

Более наблюдательных роботов Моравек рассматривает как начало надвигающейся эры роботизации. В своей книге «Робот: всего лишь машина для усиления разума» (Robot: Mere Machine to Transcendent Mind) он утверждает, что со временем роботы заменят людей на ответственных участках. Но мысль о засилье роботов его не пугает. «Я отношусь к этим будущим машинам как к нашим творениям — „детям разума”, созданным по нашему образу и подобию, — пишет он. — Мы все равно останемся более могущественной формой». 

 Предыдущие публикации:

 В продолжение темы:

Обсуждение и комментарии

	DemonZla 4 Jan 2003 3:46 PM
Хм.... мда... опять скоро вмешаются военные и тогда ждите роботов - солдат... терминаторов проще говоря... Надо бы узнать что это за 3D матрица такая... я уже модели со стереоскопическим зрением то делал, но вот эта матрица... надо узнать что такое.... может прицельную систему тогда удастся нормально реализовать.... мда...
	Arekus - arekusngs.ru 5 Jan 2003 1:51 PM
Вмешаются они не скоро, тока когда распознование предметов будет происходить в реальном времени. сам прикинь скока времени займет процесс анализа на 1-2Г кристалле для двух картинок по 32М элементов да еще умножить на количество распозноваемых цветов... Хм, кста, а перевод не совсем корректный, ибо используется "program that derives a dense three-dimensional evidence grid representation of a robot's surroundings from wide-angle stereoscopic images", а не какая-то абстрактная (то ли софт, то ли хард) Матрица.
	DemonZla 8 Jan 2003 11:55 AM
Не боись, терминатору только один предмет распознать надо - цель... а потом догнать и взорваться рядом :)))