加入AI的避障技術將催生更安全的機器人

新一代碰撞偵測與追蹤技術將使得在人類與其他移動物體周邊的協作型機器人更安全，來自眾家新創(chuàng)公司與實驗室的碰撞偵測與追蹤技術，將使得在人類與其他移動物體周邊的協作型機器人更安全。一個美國圣地亞哥大學(University of San Diego)的團隊便開發(fā)了一種更快速的算法，能協助機器人利用機器學習避開障礙物；此外從麻省理工學院(MIT)獨立的公司Humatics，則正在開發(fā)人工智能(AI)輔助室內雷達系統(tǒng)，能讓機器人精確追蹤人類的動作。

圣地亞哥大學所開發(fā)的算法名為Fastron，利用機器學習來加速并簡化碰撞偵測；該算法是根據一個機器人的組態(tài)空間(configuration space，C-space)模型，僅利用少量的碰撞點(collision points)與無碰撞點，來分類移動物體的碰撞與非碰撞。現有的碰撞偵測算法是運算密集方案，因為那些方案會詳細標明機器人與障礙物3D幾何圖形中所有的點，然后檢查兩者之間每個點可能發(fā)生的碰撞；當那些物體移動時，運算量會大幅增加。

美國圣地亞哥大學的團隊開發(fā)出一種更快速的碰撞偵測算法，有助于機器人避開障礙物（來源：David Baillot, UC San Diego Jacobs School of Engineering）

Fastron算法的C-space模型扮演了以運動學為基礎(kinematic-based)的碰撞偵測代理(proxy)，該算法結合了核心感知學習算法的修改以及主動式學習算法，來減少以運動學為基礎之碰撞偵測的次數。這種算法不需要檢查每一個點，而是在界線(boundaries)附近檢查并分類碰撞與非碰撞；隨著物體移動，兩者之間的分類界線也會改變，因此算法能迅速更新分類然后繼續(xù)循環(huán)。

Fastron算法原理（來源：David Baillot, UC San Diego Jacobs School of Engineering）

該團隊已經在仿真中證實了，代理碰撞檢查的速度是有效多面體檢查工具(polyhedral checker)的兩倍，是有效高精確度碰撞檢查工具的八倍，而且不需要GPU加速器或平行運算；除了能應用于工廠生產線，其他潛在應用包括讓外科手術用的輔助機器手臂更安全運作、不會在手術過程中造成干擾。

AI輔助分析平臺

新創(chuàng)公司Humatics的共同創(chuàng)辦人暨執(zhí)行長David Mindell，也是MIT航天工程與技術史教授；該公司的產品長Stephen Toebes則是協作型機器人領導廠商Rethink Robotics的前任產品開發(fā)暨營運資深副總裁。此外該公司副總裁暨首席軟件架構師Michael Barbehenn，則在擅長開發(fā)行動倉儲機器人的Amazon Robotics (前身為Kiva Systems)任職許久，曾擔任軟件部門副總裁。

Humatics的空間智慧平臺(Spatial Intelligence Platform)結合了一個微型定位系統(tǒng)，以廉價的RF技術與AI輔助分析軟件為基礎；該單一系統(tǒng)能追蹤多個移動的應答器(transponder)目標，具備毫米(millimeter)等級的精確度，最長距離可達30公尺。也能以連網方式結合多個系統(tǒng)，已覆蓋更寬廣的范圍，小至工廠的工作區(qū)，大致整個物流配送中心。

Mindell表示，該公司的目標是以小型化、廉價的RF信標(beacon)，來打造一個支持公分(cm)與毫米等級絕對參考定位(absolute reference positioning)的世界，無論是在室內、室外或是任何一種天候狀態(tài)；他表示：“協作型機器人其實并不知道人們的所在位置，要融入人類環(huán)境，它們都應該要配備針對周遭物體的定位導航功能；因此我們認為，未來的自主型機器人，無論它們是車子或是工廠中的自動化機器人，還是無人機，都會是連網世界的組成部分?！?/p>

雖然Humatics目前正在開發(fā)的是小型化、短距離雷達，Mindell表示：“我們對于‘雷達’這個名詞有點矛盾，因為我們的空間智慧平臺并非反向散射系統(tǒng)(backscatter system)，而是二次雷達系統(tǒng)(secondary radar system)，也就是航空管制系統(tǒng)采用的方案，又稱為信標對信標(beacon-to-beacon)方案?！?/p>

Mindell指出，目前該公司的系統(tǒng)可達到毫米等級精確度、單一裝置3D量測，能追蹤大量的電池供電或車輛供電小型移動信標，或被稱為“小精靈”(pucks)之人類、機器人移動物體上的小型信標；除支持毫米等級追蹤精確度，也支持非常高的更新率。

Humatics的空間智慧平臺號稱能讓人類與機器人更安全地并肩工作

而Mindell透露，Humatics正在開發(fā)自家分析軟件：“所有在周遭的物體都是以毫米等級移動，因此在這個精確度的位置數據非常豐富；”其核心算法是基本的遞歸評估器(recursive estimator)，具備自適應/優(yōu)化的功能，當它們收集了大量數據就能更妥善分析動作以及位置信息。

Humatics系統(tǒng)采用的軟硬件技術號稱是廉價且可擴展的，因為產業(yè)界已經讓微波與毫米波組件的成本降低，而該技術采用的標準化API則能讓其數據也被其他應用程序與服務使用；Mindell指出，該架構是可延伸的，因此系統(tǒng)能以連網方式布署于大型廠房或其他空間，以提供廣大的覆蓋范圍。該解決方案預計在2018年進行測試，并在2019年初正式上市。