Các nhà nghiên cứu ETH Zurich do Marco Hutter dẫn đầu phát triển phương pháp điều khiển mới, cho phép robot có chân, được gọi là ANYmal, di chuyển nhanh chóng và vững vàng trên các địa hình phức tạp.

Những đoạn dốc trơn trượt, những bậc thang cao, những tảng đá nhỏ và đường mòn trong rừng đầy rễ cây, đường lên Núi Etzel phía nam Hồ Zurich có vô số chướng ngại vật.

Robot 4 chân ANYmal của Phòng thí nghiệm Hệ thống rô bốt tại ETH Zurich đã vượt qua đoạn đường dốc lên núi Núi Etzel chiều cao 120 mét với vô số chướng ngại vật an toàn trong 31 phút đi bộ, nhanh hơn 4 phút so với thời gian người đi bộ, không bị trượt ngã.

Kết quả này có được nhờ công nghệ điều khiển mới của nhóm nghiên cứu thuộc ETH Zurich do GS kỹ thuật robot Marco Hutter lãnh đạo. Công nghệ điều khiển học được công bố trên tạp chí Science Robotics.

GS Hutter cho biết, sử dụng mạng thần kinh nhân tạo, robot học được cách tích hợp nhận thức trực quan môi trường xung quanh với nhận thức từ cảm biến xúc giác khi tiếp xúc trực tiếp bằng chân với mặt đất. Trên cơ sở Máy học, ANYmal phát triển những kỹ năng đạt được để di chuyển trên những địa hình hoàn toàn mới, phức tạp về địa hình và môi trường nhanh, hiệu quả và vững vàng.

Robot ANYmal, di chuyển nhanh chóng và vững vàng trên các địa hình phức tạpVideo: Nicole Davidson / ETH Zurich.

Để điều hướng trên địa hình phức tạp, người và động vật kết hợp hoàn toàn nhiên nhận thức trực quan về môi trường với cảm nhận từ chân và tay, nhờ đó vượt qua được địa hình phức tạp như trơn trượt, sụt lún và tầm nhìn hạn chế. Nhưng những robot có chân chỉ có thể thực hiện được với sự hỗ trợ của người điều khiển.

Nguyên nhân chính là thông tin môi trường thời gian thực do cảm biến laser và camera ghi lại thường không chính xác và đầy đủ. Ví dụ như cỏ cao, vũng nước nông hoặc tuyết hoặc một phần địa hình không nhìn thấy được nhận thức là chướng ngại vật không thể vượt, dù robot thực sự có thể đi qua. Trên thực địa, tầm nhìn giới hạn bởi vật che khuất, ánh sáng yếu, bụi, sương mù cũng cản trở hoạt động của robot.

Từ nguyên nhân này, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu phát triển hệ thống điều hành robot ANYmal trên cơ sở tích hợp nhận thức trực quan về môi trường và dữ liệu cảm biến xúc giác, ứng dụng công nghệ Máy học cho phép robot có khả năng tự quyết định, tiến về phía trước nhanh chóng hay cơ động di chuyển thận trọng.

Sử dụng hệ thống điều khiển mới mạng thần kinh, robot có chân ANYmal do nhà nghiên cứu ETH Zurich phát triển và công ty ANYbotics ETH sản xuất thương mại là robot đầu tiên tích hợp được nhận thức bên ngoài và xúc giác. Trước khi robot thử nghiệm khả năng nhận thức trong thế giới thực, nhóm nhà khoa học cho hệ thống tiếp xúc với vô số chướng ngại vật và tình huống gây lên sai lầm nhận thức trên thao trường huấn luyện ảo.

Phương pháp tiếp cận cho phép mạng thần kinh robot học được cách tốt nhất vượt qua các chướng ngại vật, nhận thức chính xác dữ liệu môi trường thu thập được, bỏ qua những dữ liệu sai, gây trở ngại cho thực hiện nhiệm vụ.

Sử dụng phương thức đào tạo này, hệ thống điều khiển robot, ứng dụng công nghệ Máy học có thể vượt qua những địa hình tự nhiên khó khăn nhất không thấy trước đó và hoạt động hiệu quả trong điều kiện dữ liệu cảm biến môi trường trực quan không rõ ràng hoặc mơ hồ.

Sau khóa học ảo, ANYmal an toàn cơ động di chuyển, phát triển kỹ năng hoạt động trên cơ sở dữ liệu kiến thức căn bản và dữ liệu thực tế. Tính năng tích hợp này cho phép robot kết hợp hiệu quả giữa nhận thức môi trường bên ngoài, dữ liệu cảm biến xúc giác và kỹ năng di chuyển, có được từ những bài học ảo và hoạt động thực tế, cơ động trên địa hình phức tạp với tốc độ cao và lựa chọn hành động chính xác.

Nhóm Robot ANYmal với hệ thống điều khiển mới có thể được sử dụng những địa điểm quá nguy hiểm đối với con người và những nơi mà các loại robot khác không thể thực hiện với địa hình khó khăn, môi trường phức tạp như thảm họa thiên tai, thảm họa công nghiệp hoặc cháy rừng.

Tháng 9/2021, ANYmal thành công chứng minh hiệu quả công nghệ điều khiển mới tại DARPA Subterranean Challenge, cuộc thi về robot nổi tiếng nhất thế giới. Robot ETH Zurich hoàn toàn tự động nhanh chóng vượt qua vô số chướng ngại vật và địa hình khó khăn phức tạp khi thực hiện nhiệm vụ khám phá hệ thống ngầm gồm các đường hầm, hang động và cơ sở hạ tầng đô thị hẹp.