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Robotics at Google、ほぼ独学で歩きかたを覚える4足ロボットを開発

あんよは上手

Munenori Taniguchi, @mu_taniguchi
2020年3月3日, 午前08:50 in Robots
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草原に暮らす草食動物は、天敵から身を守るため生まれてすぐに立ち上がり、数時間後にはもう歩きはじめます。Googleは、人の手を借りずに自己学習だけで立ち上がり、歩き始めるAIロボットを開発しています。

自動運転車を代表とする、自律的に動作する機械は実用段階に近づきつつありますが、それらが使用するAIはあらかじめしっかりと学習したAIを利用します。一方で、誰からの助けもなく自ら行動パターンを学習するアルゴリズムはまだ一般的ではありません。Googleの研究者による新しいプロジェクトでは、この自己学習能力を持つロボットの開発に注力しています。

この4足ロボットは、まっさらな状態から2〜3時間以内に前後方向へ歩けるようになり、さらには左右への方向転換も習得するようになっています。Robotics at Googleの研究チームは1年ほど前、既存のアルゴリズムの調整でその学習を可能にする方法を発見しました。

ロボットの強化学習を行うとき、よく用いられるのはコンピューターで仮想の環境をモデリングし、その中で仮想のロボットを動かしてある程度の学習をさせてから、現実のロボットにそのアルゴリズムを移し替える方法。これによって試作段階のロボットを物理的に壊してしまったりする可能性を低減できます。ただ仮想の環境だけでは、自然環境にはごまんとある傾斜地やでこぼこの地面、踏ん張りどころのない砂地などの再現が難しく、AIを鍛える以前の段階で手間と時間がかかります。

そこで、チームは最初から現実環境でロボットのアルゴリズムを鍛えることにしました。といっても通常のやり方では失敗するのは目に見えているため、少ない試行回数や失敗から効率的に学習できるようアルゴリズムを見直しました。その結果、このロボットはわずか2時間で自ら立ち上がり周囲を歩けるようになったとのこと。さらに、物理的な段差、階段や傾斜、凹凸などバリエーションある環境への対応もより早くなりました。

とはいえ、やはり複雑な地形の場合はただ立ち上がって歩くのとは異なり、幾度となく人間がベビーシッター役をこなす必要があったとのこと。

そこで研究者はロボットが複数種類の地形の歩行を一挙に学習するため、周囲を壁で囲った箱庭を作りました。これにより、ロボットは壁に突き当たり進めなくなれば自ずと向きを変えてまた歩き出すようになり、学習効率も向上しました。

さらにロボットが未知の地形に対する行動の試行方法についても手を入れ、転倒などで故障しないような"用心深さ"を仕込みました。ただ、どうしても学習する上で最初は失敗する必要もあるため、ロボットには転倒した際に再び立ち上がれるようにするための、ハードコードされたアルゴリズムも付け加えられました。


こうした調整を加えていった結果、ロボットは最終的に人の関与なく、平坦な地面から低反発マットレス、隙間がたくさんあるドアマットまで、多様な地面を学習し自律的に歩く方法を習得するようになったとのこと。これは将来的にロボットをより便利なものにしていくための重要なマイルストーンといえるものです。ただし、現在のところこのロボットはその地形を知るためにマーキングされたオブジェクトを使ったモーションキャプチャーシステムを利用しています。これは実際の現実世界には適用できません。

それでも、研究者は研究で得た新しいアルゴリズムを様々なロボットに適応させ、あらゆる分野で活躍できるロボット工学の知見にしたいと考えています。われわれが住む環境の多くは人間のために構築されており、人間は足で歩行します。したがってロボットも足を使わなければ、人間の世界を歩むことができません」と研究者は述べています。


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