Onderzoekers hebben HuMiT ontwikkeld, een systeem voor de besturing van humanoïde robots op afstand dat aanzienlijke vertragingen wegneemt door gebruik te maken van een vereenvoudigd referentiekader voor bewegingen.
Het in real-time besturen van een humanoïde robot via teleoperatie is technisch complex. Een groot obstakel is de zogenaamde computationele latentie: de vertraging die ontstaat door complexe berekeningen die nodig zijn om menselijke bewegingen om te zetten naar robotbewegingen (retargeting) en het voorspellen van toekomstige frames. Volgens een publicatie op arxiv.org vereisen bestaande systemen vaak zeer gedetailleerde gegevens, zoals volledige gewrichtsposities en transformaties van lichaamsdelen, wat de besturing traag maakt omdat het systeem afhankelijk is van zware rekenmodules.
Een compacte benadering van beweging
Om dit probleem op te lossen, hebben wetenschappers van onder andere Tsinghua IIIS en The Chinese University of Hong Kong het systeem HuMiT ontwikkeld. De kern van deze innovatie is een uniforme trackingpolicy die werkt met een zogenaamd 'compact reference target' (CRT). In plaats van een volledige dataset van alle gewrichten, heeft HuMiT slechts een minimale set gegevens nodig: de hoogte en snelheid van de wortel (het centrum van de robot) en de SE(3)-posities van vier specifieke sleutelpunten in het huidige frame.
Ondanks deze drastische vermindering van de benodigde data, claimen de onderzoekers in hun github.io dat de precisie van de bewegingen concurrerend blijft met traditionele methoden die wel gebruikmaken van complexe referentietoestanden en toekomstige frames.
Significante vermindering van latentie
De effectiviteit van HuMiT is aangetoond door middel van uitgebreide latency-metingen. Uit de resultaten blijkt dat de vertraging tussen het streamen van de headset en de output van de policy ongeveer 20 milliseconden bedraagt. Wanneer er gekeken wordt naar de totale vertraging van de operator naar de robot, gemeten via video-gebaseerde optical flow, ligt de mediaan op 65 milliseconden over verschillende soorten bewegingen.
Deze snelheid stelt de robot in staat om reacties te vertonen die voorheen onmogelijk waren bij teleoperatie. In experimenten met een Unitree G1 humanoïde robot kon het systeem split-second reacties uitvoeren, zoals het vangen van een geworpen bal. Daarnaast demonstreerde de robot gecoördineerde vaardigheden in 'loco-manipulation', waarbij voortbeweging en het manipuleren van objecten gelijktijdig plaatsvinden.
Academische context en ontwikkeling
Het project is het resultaat van een samenwerking tussen diverse prestigieuze instellingen. De auteurslijst bevat onderzoekers van Tsinghua University, The Chinese University of Hong Kong en de Renmin University of China. In de publicatielijst van mengdixu.me, een van de betrokken onderzoekers, wordt HuMiT beschreven als een systeem voor teleoperatie via minimale referentie-tracking.
De ontwikkeling van HuMiT past in een bredere trend binnen de robotica om de kloof tussen menselijke intentie en robotuitvoering te verkleinen. Andere benaderingen, zoals het eerder beschreven ExtremControl in een arxiv.org, richten zich eveneens op het verlagen van latentie door directere controle over extremiteiten, wat essentieel is voor het verzamelen van dynamische demonstraties.
Hoewel de technologie grote stappen zet, blijft de integratie van dergelijke systemen in complexe omgevingen een uitdaging. De onderzoekers hebben in hun documentatie ook aandacht besteed aan 'failure cases', waarbij wordt geanalyseerd in welke situaties het compacte referentiekader tekortschiet. Desondanks markeert HuMiT een belangrijke verschuiving naar lichtere, snellere en efficiëntere besturingssystemen voor de volgende generatie humanoïde robots.