AI技術加持，讓協作機器人更安全

來源：機器人創新生態丨公眾號

來自眾家新創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機器人更安全。一個美國聖地亞哥大學（University of San Diego）的團隊便開發了一種更快速的演算法，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，則正在開發人工智慧(AI)輔助室內雷達系統，能讓機器人精確追蹤人類的動作。

聖地亞哥大學所開發的演算法名為Fastron，利用機器學習來加速並簡化碰撞偵測；該演算法是根據一個機器人的組態空間（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。現有的碰撞偵測演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，然後檢查兩者之間每個點可能發生的碰撞；當那些物體移動時，運算量會大幅增加。

美國聖地亞哥大學的團隊開發出一種更快速的碰撞偵測演算法，有助於機器人避開障礙物（來源：David Baillot, UC San Diego Jacobs School of Engineering）

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

Fastron演演算法原理

（來源：David Baillot, UC San Diego Jacobs School of Engineering）

該團隊已經在模擬中證實了，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；除了能應用於工廠生產線，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輔助分析平台

新創公司Humatics的聯合創始人兼CEO David Mindell，也是MIT航天工程與技術史教授；該公司的產品經理Stephen Toebes則是協作機器人領導廠商Rethink Robotics的前任產品開發兼營運資深副總裁。此外該公司副總裁兼首席軟體架構師Michael Barbehenn，則在擅長開發行動倉儲機器人的Amazon Robotics（前身為Kiva Systems）任職多年，曾擔任軟體部門副總裁。

Humatics的空間智慧平台（Spatial Intelligence Platform）結合了一個微型定位系統，以廉價的RF技術與AI輔助分析軟體為基礎；該單一系統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，已覆蓋更寬廣的範圍，小至工廠的工作區，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；他表示：「協作機器人其實並不知道人們的所在位置，要融入人類環境，它們都應該要配備針對周圍物體的定位導航功能；因此我們認為，未來的自主機器人，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。」

雖然Humatics目前正在開發的是小型化、短距離雷達，Mindell表示：「我們對於『雷達』這個名詞有點矛盾，因為我們的空間智慧平台並非反向散射系統（backscatter system），而是二次雷達系統（secondary radar system），也就是航空管制系統採用的方案，又稱為信標對信標（beacon-to-beacon）方案。」

Mindell指出，目前該公司的系統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的空間智慧平台號稱能讓人類與機器人更安全地並肩工作（來源：Humatics）

而Mindell透露，Humatics正在開發自家分析軟體：「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；」其核心演算法是基本的遞歸評估器（recursive estimator），具備自適應/優化的功能，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系統採用的軟硬體技術號稱是廉價且可擴展的，因為產業界已經讓微波與毫米波組件的成本降低，而該技術採用的標準化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，因此系統能以連網方式布署於大型廠房或其他空間，以提供廣大的覆蓋範圍。該解決方案預計在2018年進行測試，並在2019年初正式上市。

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