Ρομπότ πινγκ πονγκ με ακρίβεια υψηλής ταχύτητας

Η νέα εποχή του ρομποτικού πινγκ πονγκ

Οι μηχανικοί του MIT εισέρχονται δυναμικά στον κόσμο του ρομποτικού πινγκ πονγκ με έναν ισχυρό και ελαφρύ σχεδιασμό που επιστρέφει τις μπάλες με ακρίβεια υψηλής ταχύτητας. Το νέο ρομπότ πινγκ πονγκ αποτελείται από έναν πολυαρθρωτό ρομποτικό βραχίονα που είναι τοποθετημένος στο ένα άκρο ενός τραπεζιού πινγκ πονγκ και κρατά μια τυπική ρακέτα. Με τη βοήθεια πολλών κάμερων υψηλής ταχύτητας και ενός συστήματος προβλεπτικού ελέγχου υψηλού εύρους ζώνης, το ρομπότ εκτιμά γρήγορα την ταχύτητα και την τροχιά μιας εισερχόμενης μπάλας και εκτελεί έναν από τους διάφορους τύπους κτυπήματος — loop, drive ή chop — για να χτυπήσει με ακρίβεια τη μπάλα σε μια επιθυμητή τοποθεσία στο τραπέζι με διάφορους τύπους σπιν.

Δοκιμές και αποτελέσματα

Στις δοκιμές, οι μηχανικοί έριξαν 150 μπάλες στο ρομπότ, μία μετά την άλλη, από την άλλη πλευρά του τραπεζιού. Το ρομπότ κατάφερε να επιστρέψει τις μπάλες με ποσοστό επιτυχίας περίπου 88% για όλους τους τύπους κτυπήματος. Η ταχύτητα κτυπήματος του ρομπότ πλησιάζει τις κορυφαίες ταχύτητες επιστροφής των ανθρώπινων παικτών και είναι ταχύτερη από αυτήν άλλων ρομποτικών σχεδιασμών πινγκ πονγκ.

Επεκτείνοντας τα όρια του ρομπότ

Η ομάδα τώρα στοχεύει να αυξήσει την ακτίνα παιχνιδιού του ρομπότ, ώστε να μπορεί να επιστρέφει μια μεγαλύτερη ποικιλία κτυπημάτων. Στη συνέχεια, οραματίζονται ότι η εγκατάσταση θα μπορούσε να είναι ένας βιώσιμος αντίπαλος στον αναπτυσσόμενο τομέα των έξυπνων ρομποτικών συστημάτων εκπαίδευσης. Πέρα από το παιχνίδι, η ομάδα αναφέρει ότι η τεχνολογία του πινγκ πονγκ θα μπορούσε να προσαρμοστεί για να βελτιώσει την ταχύτητα και την ανταπόκριση των ανθρωποειδών ρομπότ, ιδιαίτερα σε σενάρια έρευνας και διάσωσης, και σε καταστάσεις όπου ένα ρομπότ θα πρέπει να αντιδρά ή να προβλέπει γρήγορα.

Η πρόκληση της ακρίβειας

Η κατασκευή ρομπότ για το πινγκ πονγκ είναι μια πρόκληση που οι ερευνητές έχουν αναλάβει από τη δεκαετία του 1980. Το πρόβλημα απαιτεί έναν μοναδικό συνδυασμό τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένων της μηχανικής όρασης υψηλής ταχύτητας, των γρήγορων και ευέλικτων κινητήρων και ενεργοποιητών, του ακριβούς ελέγχου των χειριστών, και της ακριβούς, σε πραγματικό χρόνο πρόβλεψης, καθώς και του υψηλότερου επιπέδου σχεδιασμού στρατηγικής παιχνιδιού.

Η εξέλιξη των ρομπότ πινγκ πονγκ

Τα ρομπότ πινγκ πονγκ έχουν διανύσει μακρύ δρόμο από τη δεκαετία του 1980, πρόσφατα με σχεδιασμούς από την Omron και την Google DeepMind που χρησιμοποιούν τεχνικές τεχνητής νοημοσύνης για να “μαθαίνουν” από προηγούμενα δεδομένα πινγκ πονγκ, βελτιώνοντας την απόδοση ενός ρομπότ απέναντι σε μια αυξανόμενη ποικιλία κτυπημάτων και βολών. Αυτοί οι σχεδιασμοί έχουν αποδειχθεί αρκετά γρήγοροι και ακριβείς ώστε να ανταγωνίζονται με ενδιάμεσους ανθρώπινους παίκτες.

Ο έλεγχος του παιχνιδιού

Για τον νέο τους σχεδιασμό, οι ερευνητές τροποποίησαν έναν ελαφρύ, υψηλής ισχύος ρομποτικό βραχίονα που το εργαστήριο του Kim ανέπτυξε ως μέρος του MIT Humanoid — ενός δίποδου, δίχειρου ρομπότ που είναι περίπου στο μέγεθος ενός μικρού παιδιού. Η ομάδα χρησιμοποιεί το ρομπότ για να δοκιμάσει διάφορες δυναμικές κινήσεις, συμπεριλαμβανομένης της πλοήγησης σε ανώμαλο και μεταβαλλόμενο έδαφος καθώς και του άλματος, του τρεξίματος και των ακροβατικών, με στόχο την ανάπτυξη τέτοιων ρομπότ για επιχειρήσεις έρευνας και διάσωσης.

Αλγόριθμοι και τεχνολογία

Κάθε ένας από τους βραχίονες του ανθρωποειδούς έχει τέσσερις αρθρώσεις, ή βαθμούς ελευθερίας, οι οποίοι ελέγχονται από έναν ηλεκτρικό κινητήρα. Οι Cancio, Nguyen και Kim κατασκεύασαν έναν παρόμοιο ρομποτικό βραχίονα, τον οποίο προσαρμόσαν για το πινγκ πονγκ προσθέτοντας έναν επιπλέον βαθμό ελευθερίας στον καρπό για να επιτρέψει τον έλεγχο μιας ρακέτας.

Αποτελέσματα και μελλοντικές προοπτικές

Η ομάδα τοποθέτησε τον ρομποτικό βραχίονα σε ένα τραπέζι στο ένα άκρο ενός τυπικού τραπεζιού πινγκ πονγκ και εγκατέστησε κάμερες καταγραφής κίνησης υψηλής ταχύτητας γύρω από το τραπέζι για να παρακολουθεί τις μπάλες που εκτοξεύονται προς το ρομπότ. Ανέπτυξαν επίσης αλγόριθμους βέλτιστου ελέγχου που προβλέπουν, βάσει των αρχών των μαθηματικών και της φυσικής, ποια ταχύτητα και προσανατολισμό της ρακέτας πρέπει να εκτελέσει ο βραχίονας για να χτυπήσει μια εισερχόμενη μπάλα με έναν συγκεκριμένο τύπο κτυπήματος: loop (ή topspin), drive (ευθεία) ή chop (backspin).

Εφάρμοσαν τους αλγόριθμους χρησιμοποιώντας τρεις υπολογιστές που επεξεργάζονταν ταυτόχρονα τις εικόνες από τις κάμερες, εκτιμούσαν την κατάσταση της μπάλας σε πραγματικό χρόνο και μετέφραζαν αυτές τις εκτιμήσεις σε εντολές για τους κινητήρες του ρομπότ ώστε να αντιδράσουν γρήγορα και να εκτελέσουν ένα κτύπημα.

Ο στόχος της αθλητικότητας

Μετά από συνεχόμενες ρίψεις 150 μπαλών στον βραχίονα, διαπίστωσαν ότι η ακρίβεια του ρομπότ στην επιστροφή της μπάλας ήταν περίπου η ίδια για όλους τους τύπους κτυπήματος: 88,4% για τα loop, 89,2% για τα chop και 87,5% για τα drive. Έκτοτε, έχουν ρυθμίσει τον χρόνο αντίδρασης του ρομπότ