對數(shù)百種自由下落的紙張形狀的軌跡進(jìn)行研究可以幫助為模仿自然的受生物啟發(fā)的機(jī)器人設(shè)計(jì)提供參考。

工程部的生物啟發(fā)式機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)解決了對復(fù)雜的圓形行為和各種行為建模的挑戰(zhàn)，這是首次對更復(fù)雜的正方形，六邊形和十字形進(jìn)行建模，而這些全都沒有人工輸入。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然機(jī)器智能》雜志上，該研究利用機(jī)器人自動化，計(jì)算機(jī)視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)來自動繪制形狀的跌落行為，這些形狀分別表現(xiàn)出四種跌落樣式：翻滾(連續(xù)翻倒)，混亂(在翻滾之間切換)以及沒有明顯結(jié)構(gòu)的俯沖運(yùn)動)，穩(wěn)定且周期性的(平穩(wěn)地下降或以水平方向來回?cái)[動)。

工程博士屬于研究小組的學(xué)生托比·豪森(Toby Howison)說，研究結(jié)果可用于提供對設(shè)計(jì)機(jī)器人的實(shí)用見解，例如，可能需要表現(xiàn)出與機(jī)器人的穩(wěn)定性或下降速度有關(guān)的某些行為的機(jī)器人。

這種稱為迭代物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(IPES)的方法使研究人員能夠快速收集大量數(shù)據(jù)并自動對其進(jìn)行分析，以揭示掉落的紙張形狀的潛在動態(tài)規(guī)律。整個過程平均需要90秒才能完成，而形狀掉落到地面所需的時間在1-5秒之間。自動化此過程可提供一種更可重復(fù)，更不主觀的分類方法，結(jié)果表明，這種無監(jiān)督分類方法可以準(zhǔn)確地區(qū)分所有四種形狀的混沌運(yùn)動和翻滾運(yùn)動。

學(xué)分：劍橋大學(xué)

實(shí)驗(yàn)設(shè)置包括：激光切割機(jī)用于制造形狀; Universal Robots UR5機(jī)械臂裝有定制的吸盤，可以從1.1米的高度(水平或垂直(隨機(jī)選擇))拾取和放下形狀;兩個高速攝像機(jī)記錄跌倒行為。這使得能夠計(jì)算三維下降軌跡和相應(yīng)的振動。然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并用于自動對行為進(jìn)行分類和分類，并檢查例如紙張形狀，行為和下落速度之間的關(guān)系。

托比·豪森(Toby Howison)表示：“如果我們要設(shè)計(jì)具有復(fù)雜動作(例如滑行或拍打)的飛行機(jī)器人，這需要進(jìn)行一些真實(shí)世界的實(shí)驗(yàn)。在這種情況下，IPES等自治系統(tǒng)不僅可以幫助我們了解這種動作，還可以以及如何在機(jī)器人設(shè)計(jì)中復(fù)制它們。

“通過研究數(shù)百種自由下落的紙形軌跡(一種長期存在的挑戰(zhàn)性現(xiàn)象)，借助機(jī)器人技術(shù)，我們已經(jīng)能夠以一種新的方式來研究，分析和解釋不同類型的跌落行為。結(jié)果，例如，我們現(xiàn)在可以將對這些行為的了解轉(zhuǎn)移到行走或游泳的軟機(jī)器人設(shè)計(jì)中。

“只有通過了解諸如自由下落的紙張形狀之類的結(jié)構(gòu)，我們才能更多地了解該結(jié)構(gòu)的不同組成部分如何相互作用。我們的研究表明，紙張形狀與其環(huán)境之間的相互作用提供了可靠的下落樣式，創(chuàng)建時沒有任何板載控件，例如計(jì)算機(jī)芯片或電動機(jī)。”