Η εξέλιξη της ρομποτικής αντίληψης στο MIT

Από την Roomba στα ρομπότ νέας γενιάς

Τα ρομπότ έχουν κάνει τεράστια άλματα από την εποχή της Roomba. Σήμερα, βλέπουμε drones να παραδίδουν πακέτα κατ’ οίκον, αυτοκίνητα χωρίς οδηγό να κυκλοφορούν σε ορισμένους δρόμους, ρομποτικούς σκύλους να βοηθούν σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, και άλλα ρομπότ να εκτελούν ακροβατικά και να εργάζονται σε εργοστάσια. Παρ’ όλα αυτά, ο Luca Carlone πιστεύει ότι τα καλύτερα έρχονται.

Η πρόκληση της αντίληψης

Ο Carlone, που πρόσφατα απέκτησε μόνιμη θέση ως αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Αεροναυτικής και Αστροναυτικής του MIT, διευθύνει το SPARK Lab. Εκεί, αυτός και οι φοιτητές του γεφυρώνουν το κενό μεταξύ ανθρώπων και ρομπότ: την αντίληψη. Η ομάδα του κάνει θεωρητική και πειραματική έρευνα, με στόχο την επέκταση της ικανότητας των ρομπότ να κατανοούν το περιβάλλον τους με τρόπους που πλησιάζουν την ανθρώπινη αντίληψη. Όπως συχνά αναφέρει ο Carlone, η αντίληψη είναι κάτι περισσότερο από την απλή ανίχνευση.

Πέρα από την ανίχνευση

Παρόλο που τα ρομπότ έχουν προοδεύσει σημαντικά στην ικανότητά τους να ανιχνεύουν και να αναγνωρίζουν αντικείμενα, εξακολουθούν να έχουν πολλά να μάθουν σχετικά με την ανώτερη κατανόηση του περιβάλλοντος. Οι άνθρωποι αντιλαμβανόμαστε αντικείμενα όχι μόνο με βάση το σχήμα και την ετικέτα τους, αλλά και τη φυσική τους — πώς μπορούν να μετακινηθούν και να χειριστούν — και πώς σχετίζονται με το ευρύτερο περιβάλλον και εμάς τους ίδιους.

Η ανθρώπινη αντίληψη ως πρότυπο

Αυτό το επίπεδο ανθρώπινης αντίληψης είναι αυτό που ο Carlone και η ομάδα του ελπίζουν να μεταφέρουν στα ρομπότ, με τρόπους που θα τους επιτρέψουν να αλληλεπιδρούν με ασφάλεια και άνεση με ανθρώπους σε σπίτια, χώρους εργασίας και άλλα μη δομημένα περιβάλλοντα.

Η συμβολή του MIT στην αντίληψη των ρομπότ

Από τότε που εντάχθηκε στο MIT το 2017, ο Carlone ηγείται της ομάδας του στην ανάπτυξη και εφαρμογή αλγορίθμων αντίληψης και κατανόησης σκηνών για διάφορες εφαρμογές, όπως αυτόνομα οχήματα αναζήτησης και διάσωσης, drones που μπορούν να χειρίζονται αντικείμενα εν κινήσει, και αυτοκίνητα χωρίς οδηγό. Αυτοί οι αλγόριθμοι μπορεί επίσης να είναι χρήσιμοι για οικιακά ρομπότ που ακολουθούν φυσικές γλωσσικές εντολές και ενδεχομένως προβλέπουν τις ανάγκες των ανθρώπων με βάση ανώτερα συμφραζόμενα.

Η σημασία της αντίληψης

«Η αντίληψη είναι ένα μεγάλο εμπόδιο για να μπορέσουν τα ρομπότ να μας βοηθήσουν στον πραγματικό κόσμο», λέει ο Carlone. «Αν μπορέσουμε να προσθέσουμε στοιχεία σκέψης και λογικής στην αντίληψη των ρομπότ, πιστεύω ότι μπορούν να προσφέρουν πολλά.»

Η πορεία του Luca Carlone

Ο Luca Carlone γεννήθηκε και μεγάλωσε κοντά στο Σαλέρνο της Ιταλίας, κοντά στην γραφική ακτή του Αμάλφι. Η μητέρα του ήταν δασκάλα μαθηματικών και ο πατέρας του καθηγητής ιστορίας. Και οι τρεις γιοι της οικογένειας ακολούθησαν καριέρα στην μηχανική, με τον Carlone να επιλέγει τη ρομποτική ή, όπως ήταν γνωστή τότε, τη μεχατρονική.

Από τη θεωρία στην πράξη

Ο Carlone σπούδασε στο Πολυτεχνείο του Τορίνο, όπου αρχικά επικεντρώθηκε στη θεωρητική εργασία και συγκεκριμένα στη θεωρία ελέγχου. Στο τελευταίο έτος των σπουδών του, παρακολούθησε ένα μάθημα ρομποτικής που εξερευνούσε τις προόδους στη χειραγώγηση και πώς τα ρομπότ μπορούν να προγραμματιστούν για να κινούνται και να λειτουργούν.

Η αγάπη για τη ρομποτική

«Ήταν έρωτας με την πρώτη ματιά. Η χρήση αλγορίθμων και μαθηματικών για την ανάπτυξη του εγκεφάλου ενός ρομπότ και την αλληλεπίδρασή του με το περιβάλλον είναι μια από τις πιο ικανοποιητικές εμπειρίες», λέει ο Carlone. «Αμέσως αποφάσισα ότι αυτό είναι που θέλω να κάνω στη ζωή μου.»

Η καινοτομία στη SLAM

Ο Carlone ολοκλήρωσε το διδακτορικό του στην μεχατρονική στο Τορίνο, επιλέγοντας ως θέμα διατριβής τη «ταυτόχρονη εντοπισμό και χαρτογράφηση» ή SLAM. Ανέπτυξε έναν νέο τρόπο διατύπωσης του προβλήματος, επιτρέποντας στους αλγορίθμους να δημιουργούν πιο ακριβείς χάρτες χωρίς αρχικές υποθέσεις. Το έργο του άνοιξε νέους δρόμους σε ένα πεδίο όπου πολλοί πίστευαν ότι δεν υπήρχε περιθώριο βελτίωσης.

Η επόμενη γενιά SLAM

«Η SLAM αφορά την κατανόηση της γεωμετρίας των πραγμάτων και πώς ένα ρομπότ κινείται ανάμεσά τους», λέει ο Carlone. «Τώρα είμαι μέρος μιας κοινότητας που αναρωτιέται, ποια είναι η επόμενη γενιά της SLAM;»

Η συνεισφορά του στο Georgia Tech

Στο Georgia Tech, ο Carlone εμβάθυνε στην κωδικοποίηση και την υπολογιστική όραση, ένα πεδίο που ενδεχομένως ενέπνευσε μια προσωπική εμπειρία με προβλήματα όρασης. Κατά τη διάρκεια του διδακτορικού του στην Ιταλία, αντιμετώπισε μια ιατρική επιπλοκή που επηρέασε σοβαρά την όρασή του.

Η σημασία της όρασης

«Για έναν χρόνο, κινδύνευα να χάσω το ένα μου μάτι», λέει ο Carlone. «Αυτό με έκανε να σκεφτώ τη σημασία της όρασης και της τεχνητής όρασης.»

Η ανοικτή πηγή ως καταλύτης

Στο Georgia Tech, ο σύμβουλός του, Frank Dellaert, του έδειξε πώς να κωδικοποιεί στην υπολογιστική όραση και να διαμορφώνει κομψές μαθηματικές αναπαραστάσεις σύνθετων προβλημάτων. Ο Dellaert ήταν επίσης από τους πρώτους που ανέπτυξαν μια βιβλιο