Како роботите ја користат вештачката интелигенција? [Видео и квиз]

Краток одговор: Роботите користат вештачка интелигенција за да водат континуиран циклус на сензори, разбирање, планирање, дејствување и учење, за да можат безбедно да се движат и да работат во пренатрупани, променливи средини. Кога сензорите стануваат бучни или довербата опаѓа, добро дизајнираните системи забавуваат, запираат безбедно или бараат помош, наместо да нагаѓаат.

Клучни заклучоци:

Јамка на автономија: Градете системи околу чувство-разбирање-планирање-дејствување-учење, а не околу еден единствен модел.

Робустност: Дизајн за отсјај, неред, лизгање и непредвидливо движење на луѓе.

Несигурност: Истакнете ја довербата и користете ја за да предизвикате побезбедно, поконзервативно однесување.

Безбедносни дневници: Запишувајте ги дејствата и контекстот, така што грешките можат да се ревидираат и поправат.

Хибриден стек: Комбинирајте ML со физички ограничувања и класична контрола за сигурност.

Подолу е даден преглед на тоа како вештачката интелигенција се појавува во роботите за да ги направи да функционираат ефикасно.

Статии што можеби ќе ве интересираат по оваа:

🔗 Кога роботите на Елон Маск ги загрозуваат работните места
Што би можеле да прават роботите на Тесла и кои улоги би можеле да се променат.

🔗 Што е вештачка интелигенција на хуманоиден робот
Научете како хуманоидните роботи ги перцепираат, се движат и следат инструкциите.

🔗 Кои работни места ќе ги замени вештачката интелигенција
Улоги најизложени на автоматизација и вештини кои остануваат вредни.

🔗 Работни места за вештачка интелигенција и идни кариери
Денешните кариерни патеки во вештачката интелигенција и како вештачката интелигенција ги преобликува трендовите на вработување.

Како роботите ја користат вештачката интелигенција? Брзиот ментален модел

Повеќето роботи овозможени со вештачка интелигенција следат јамка како оваа:

• Sense 👀: Камери, микрофони, LiDAR, сензори за сила, енкодери на тркала, итн.

• Разбирај 🧠: Детектирај предмети, проценувај позиција, препознавај ситуации, предвидувај движење.

• Планирај 🗺️: Избирај цели, пресметај безбедни патеки, закажи задачи.

• Дејствувајте 🦾: Генерирајте моторни команди, зафаќајте, тркалајте, балансирајте, избегнувајте пречки.

• Научете 🔁: Подобрете ја перцепцијата или однесувањето од податоците (понекогаш онлајн, често офлајн).

Голем дел од роботската „ВИ“ е всушност збир од делови што работат заедно -перцепција, проценка на состојбата, планирањеи контрола- што заедно создаваат автономија.

Една практична „теренска“ реалност: тешкиот дел обично не е да се натера робот да направи нешто еднаш во чиста демо верзија - туку да се натера сигурно кога осветлувањето се менува, тркалата се лизгаат, подот е сјаен, полиците се поместени и луѓето одат како непредвидливи NPC-и.

Што прави добар мозок со вештачка интелигенција за робот

Солидната роботска вештачка интелигенција не треба само да биде паметна - таа треба да биде и сигурна во непредвидливи, реални средини.

Важните карактеристики вклучуваат:

• Перформанси во реално време ⏱️ (навременоста е важна за донесување одлуки)

• Отпорност на неуредни податоци (отсјај, шум, неред, заматеност при движење)

• Грациозни режими на неуспех 🧯 (забавете, застанете безбедно, побарајте помош)

• Добри претходни искуства + добро учење (физика + ограничувања + машинско учење - не само „вибрации“)

• Мерлив квалитет на перцепција 📏 (знаење кога сензорите/моделите се деградирани)

Најдобрите роботи честопати не се оние што можат да изведат некој впечатлив трик еднаш, туку оние што можат добро да извршуваат здодевни задачи секој ден.

Табела за споредба на вообичаени градежни блокови за вештачка интелигенција кај роботите

Перцепција: Како роботите ги претвораат суровите податоци од сензорите во значење

Перцепцијата е кога роботите ги претвораат сензорските потоци во нешто што всушност можат да го користат:

• Камери → препознавање на објекти, проценка на поза, разбирање на сцена

• LiDAR → растојание + геометрија на пречки

• Длабочини камери → 3Д структура и слободен простор

• Микрофони → говорни и звучни сигнали

• Сензори за сила/вртежен момент → побезбедно држење и соработка

• Тактилни сензори → детекција на лизгање, контактни настани

Роботите се потпираат на вештачката интелигенција за да одговорат на прашања како што се:

• „Кои предмети се пред мене?“

• „Дали е тоа човек или манекен?“

• „Каде е рачката?“

• „Дали нешто се движи кон мене?“

Еден суптилен, но важен детаљ: системите за перцепција идеално треба да прикажуваат неизвесност (или показател за доверба), а не само одговор да/не - бидејќи одлуките за планирање и безбедност по процесот на обработка зависат од тоа колку е сигурен роботот.

Локализација и мапирање: Знаење каде се наоѓате без паника

Роботот треба да знае каде се наоѓа за да функционира правилно. Ова често се решава преку SLAM (симултана локализација и мапирање): градење мапа додека истовремено се проценува положбата на роботот. Во класичните формулации, SLAM се третира како проблем со веројатност, со вообичаени семејства кои вклучуваат пристапи базирани на EKF и филтри за честички. [1]

Роботот обично комбинира:

• Одометрија на тркалата (основно следење)

• Совпаѓање на LiDAR скенирање или визуелни обележја

• IMU (ротација/забрзување)

• GPS (на отворено, со ограничувања)

Роботите не можат секогаш да бидат совршено локализирани - па затоа добрите роботи се однесуваат како возрасни: ја следат неизвесноста, откриваат отстапувања и се враќаат на побезбедно однесување кога ќе се намали самодовербата.

Планирање и донесување одлуки: Избор што да се прави следно

Откако роботот ќе има функционална слика за светот, треба да одлучи што да прави. Планирањето често се појавува во два слоја:

• Локално планирање (брзи рефлекси) ⚡
  Избегнувајте пречки, забавувајте во близина на луѓе, следете ги лентите/ходниците.

• Глобално планирање (поширока слика) 🧭
  Изберете дестинации, заобиколувајте блокирани области, закажете задачи.

Во пракса, тука роботот ги претвора зборовите „мислам дека гледам јасна патека“ во конкретни команди за движење кои нема да се удираат во аголот на полицата - ниту ќе се навлезат во личниот простор на човекот.

Контрола: Претворање на плановите во непречено движење

Контролните системи ги претвораат планираните дејства во реално движење, додека се справуваат со досадни ситуации од реалниот свет како што се:

• Триење

• Промени во товарот

• Гравитација

• Доцнења на моторот и обратен удар

Вообичаените алатки вклучуваат PID, контрола базирана на модел, предикативна контрола на моделоти инверзна кинематика за рацете - т.е. математиката што го претвора „ставете го фаќачот таму“ во движења на зглобовите. [2]

Корисен начин да се размислува за тоа:
Планирањето избира пат.
Контролата го тера роботот всушност да го следи без да се ниша, претерува или вибрира како кофичка за пазарење со кофеин.

Учење: Како роботите се подобруваат наместо да бидат репрограмирани засекогаш

Роботите можат да се подобрат со учење од податоци, наместо рачно да се пренаместуваат по секоја промена на животната средина.

Клучните пристапи за учење вклучуваат:

• Надгледувано учење 📚: Учете од означени примери (на пр., „ова е палета“).

• Самостојно надгледувано учење 🔍: Научете структура од сурови податоци (на пр., предвидување на идни рамки).

• Засилено учење 🎯: Учете дејства преку максимизирање на сигналите за награда со текот на времето (често врамени со агенти, средини и повратни информации). [3]

Каде што RL блеска: учење сложени однесувања каде што рачното дизајнирање на контролер е мачно.
Каде RL станува поинтензивен: ефикасност на податоците, безбедност за време на истражувањето и празнини од симулација во реалност.

Интеракција човек-робот: Вештачка интелигенција што им помага на роботите да работат со луѓе

За роботите во домовите или работните места, интеракцијата е важна. Вештачката интелигенција овозможува:

• Препознавање на говор (звук → зборови)

• Детекција на намера (зборови → значење)

• Разбирање на гестови (покажување, говор на телото)

Ова звучи едноставно сè додека не го испорачате: луѓето се недоследни, акцентите варираат, собите се бучни, а „таму“ не е координатна рамка.

Доверба, безбедност и „Не биди морничав“: Помалку забавниот, но суштински дел

Роботите се системи со вештачка интелигенција со физички последици, па затоа довербата и безбедносните практики не можат да бидат второстепени.

Практичните безбедносни скелиња често вклучуваат:

• Мониторинг на довербата/несигурноста

• Конзервативни однесувања кога перцепцијата се влошува

• Евидентирање на активности за дебагирање и ревизии

• Јасни граници за тоа што може да направи роботот

Корисен начин на високо ниво за да се формулира ова е управувањето со ризици: управување, мапирање на ризиците, нивно мерење и управување со нив низ целиот животен циклус - во согласност со тоа како NIST го структурира управувањето со ризици од вештачка интелигенција во поширока смисла. [4]

Трендот на „голем модел“: Роботи што користат основни модели

Основните модели се стремат кон однесување на роботите за поопшта намена - особено кога јазикот, визијата и дејството се моделираат заедно.

Еден пример за насока се визија-јазик-акција (VLA) , каде што системот е обучен да го поврзе она што го гледа + она што му е кажано да го направи + какви дејства треба да преземе. RT-2 е широко цитиран пример за овој стил на пристап. [5]

Возбудливиот дел: пофлексибилно разбирање на повисоко ниво.
Проверка на реалноста: сигурноста во физичкиот свет сè уште бара заштитни огради - класичната проценка, безбедносните ограничувања и конзервативната контрола не исчезнуваат само затоа што роботот може да „зборува паметно“.

Заклучни забелешки

Значи, како роботите ја користат вештачката интелигенција? Роботите ја користат вештачката интелигенција за да согледаат, проценат состојба (каде сум?), планираати контролираат- а понекогаш учат од податоци за да се подобрат. Вештачката интелигенција им овозможува на роботите да се справат со сложеноста на динамичните средини, но успехот зависи од сигурни, мерливи системи со безбедносно однесување на прво место.

Пример од реалниот свет: Создавање асистент со вештачка интелигенција за робот во магацин

Сценарио

Замислете мал магацин за исполнување нарачки кој користи автономен мобилен робот за преместување на запечатени торби од клупите за пакување до просторот за испраќање. Роботот не мора да „разбира сè“. Треба сигурно да извршува една работа: да собира торби, да се движи низ заеднички ходник, да избегнува луѓе и палетни камиони и безбедно да застанува кога ќе се намали довербата.

Стекот со вештачка интелигенција би комбинирал компјутерски вид, LiDAR, SLAM, планирање патеки, избегнување пречки и основни јазични инструкции од персоналот. Супервизорот би можел да каже: „Однесете го овој багаж до диспечерскиот простор 3“, но на роботот сè уште му се потребни строги безбедносни правила под јазичниот слој.

Ова е силен пример бидејќи покажува дека роботската вештачка интелигенција работи како практичен стек, наместо како еден џиновски модел кој претпоставува.

Што му е потребно на асистентот

Поставувањето ќе бара:

• Мапа на магацинот, вклучувајќи клупи за пакување, места за испраќање, забранети зони, точки за полнење и тесни ходници

• Податоци од камера или камера за длабочина за препознавање торби, луѓе, ознаки на подот и блокирани патишта

• LiDAR или друг сензор за растојание за откривање на пречки

• Кодери на тркала и податоци за IMU за локализација

• Правила за ограничувања на брзината, растојание на запирање и безбедно однесување за луѓето

• Листа на задачи од магацинскиот систем, како што се ID на торба, точка на подигнување и дестинација

• Дневници што ги евидентираат рутите, оценките за доверба, запирањата, блиските промашувања и човечките интервенции

Клучната поента е дека јазичната инструкција никогаш не треба да биде единствениот контролен слој. Роботот може да прифаќа команди прилагодени за луѓето, но движењето сепак треба да се регулира со мапирање, планирање, контрола и безбедносни ограничувања.

Пример за упатство

Едноставна инструкција за работа на роботскиот асистент би можела да изгледа вака:

Вие сте асистент за задачи за мобилен робот во магацин. Вашата задача е да ги претворите барањата на персоналот во задачи за безбедно движење. Креирајте задача само кога точката на подигнување, дестинацијата и ID-то на торбата се јасни. Доколку недостасува некој детаљ, поставете едно кратко прашање за разјаснување. Никогаш не измислувајте локации. Ако рутата е блокирана, изберете одобрена алтернативна рута доколку постои. Ако довербата во перцепцијата падне под безбедниот праг, забавете, запрете или побарајте човечка помош. Евидентирајте секое неуспешно подигнување, блокирана рута, итно запирање и рачно поништување.

Барањето од персоналот може да биде:

Преместете го торбата T-1842 од клупата за пакување 6 во просторот за испраќање 3.

Добар одговор би бил:

Задачата е прифатена: подигнете го куферот Т-1842 од клупата за пакување 6 и доставете го до диспечерското место 3. Избрана е рута низ патека Б. Брзината е ограничена во близина на пешачкиот премин. Ако патека Б е блокирана, користете ја одобрената резервна рута Ц.

Лош одговор би бил:

Секако, ќе го однесам на достава.

Лошата верзија е премногу нејасна. Не го потврдува идентификаторот на торбата, местото на подигнување, дестинацијата, маршрутата или безбедносното однесување.

Како да го тестирате

Пред да го пуштите роботот да работи во активен ходник, тестирајте го со мала контролна листа:

• Побарајте од него да премести торба со сите детали

• Побарајте да премести торба без да го даде просторот за испраќање

• Поставете пречка во облик на личност на рутата

• Поместете го означениот бројач на полицата и проверете дали довербата во локализацијата се намалува

• Создадете отсјај на подот и проверете дали се менува довербата во перцепцијата

• Блокирајте го претпочитаниот премин и проверете дали избира одобрена резервна рута

• Прашајте за дестинација што не постои и проверете дали одбива наместо да нагаѓате

• Прегледајте го дневникот по секое возење за да потврдите дека се евидентирани запирања, пренасочувања и заобиколувања

Целта не е само „дали роботот пристигна?“. Подоброто прашање е: „Дали се однесуваше безбедно и предвидливо кога околината стана неизвесна?“

Резултат

Илустративен резултат: врз основа на тајминг од 20 примери на задачи за преместување на товар во тест-простор за мал магацин.

Пред да го користи работниот тек на роботот, на човек-трчач му требаа во просек 4 минути и 30 секунди за секое движење на торбата, вклучувајќи го и одењето назад до клупата за пакување. Откако роботот беше воведен за едноставни трансфери на торбите од точка до точка, времето за ракување со човекот се намали на околу 50 секунди по задача, главно за вчитување на торбата и потврдување на задачата.

Тоа би заштедило околу 3 минути и 40 секунди по потег на торби. Со 80 потези на торби дневно, проценетата заштеда на време би била приближно 293 минути, или нешто помалку од 4,9 работни часови дневно.

Безбедносните проверки во истиот тест треба да се следат одделно. На пример:

• 20 од 20 задачи стигнаа до точната дестинација

• 3 настани со блокирана рута беа обработени со одобрено пренасочување

• 2 настани со ниска доверба предизвикаа безбедно запирање

• 0 неодобрени дестинации беа прифатени

• Беа погодени 0 исчезнати идентификатори на торба

Овие бројки се илустративни, а не тврдење за кој било конкретен роботски производ. Тимот би можел да го потврди резултатот со мерење на времето на задачите пред и по распоредувањето, броење на рачни заобиколувања, преглед на логовите на рутите и проверка на неуспешните испораки.

Што може да тргне наопаку

Најчестиот неуспех е давањето премногу слобода на роботот. Јазичниот модел може да ја разбере инструкцијата, но тоа не значи дека треба да му се верува да измислува рути, да ги игнорира резултатите од довербата или да одлучува што е „веројатно безбедно“.

Други реални проблеми вклучуваат:

• Застарени мапи откако ќе се преместат полиците или клупите

• Лошо осветлување или рефлектирачки подови што ги збунуваат моделите на гледање

• Персоналот користи неформални имиња на локации што роботот не ги препознава

• Недостасуваат идентификатори на торба, што предизвикува системот да избере погрешен предмет

• Слабо евидентирање, што го отежнува истражувањето на блиските промашувања

• Претерување со перформансите без мерење на неуспешните возења и човечките интервенции

Едно добро правило е едноставно: кога роботот не е сигурен, треба да стане поконзервативен, а не покреативен.

Практичен оброк за носење

Силна роботска вештачка интелигенција е изградена околу ограничена задача, јасни влезни податоци, мерливо безбедносно однесување и сигурни резервни механизми. „Интелигенцијата“ не е само препознавање предмети или следење инструкции. Таа е знаење кога да се движи, кога да се забави, кога да се запре и кога да се побара помош.

Најчесто поставувани прашања

Како роботите користат вештачка интелигенција за автономно работење?

Роботите користат вештачка интелигенција за да водат континуирана автономна јамка: го чувствуваат светот, толкуваат што се случува, планираат безбеден следен чекор, дејствуваат преку мотори и учат од податоци. Во пракса, ова е збир на компоненти што работат заедно, а не еден „магичен“ модел. Целта е сигурно однесување во променливи средини, а не еднократна демонстрација под совршени услови.

Дали роботската вештачка интелигенција е само еден модел или е целосен автономен стек?

Во повеќето системи, роботската вештачка интелигенција е целосен систем: перцепција, проценка на состојбата, планирање и контрола. Машинското учење помага со задачи како што се визија и предвидување, додека физичките ограничувања и класичната контрола го одржуваат движењето стабилно и предвидливо. Многу реални распоредувања користат хибриден пристап бидејќи сигурноста е поважна од паметноста. Затоа учењето „само со вибрации“ ретко преживува надвор од контролираните услови.

На кои сензори и модели на перцепција се потпираат роботите со вештачка интелигенција?

Роботите со вештачка интелигенција често комбинираат камери, LiDAR, сензори за длабочина, микрофони, IMU, енкодери и сензори за сила/вртежен момент или тактилни сензори. Моделите на перцепција ги претвораат овие потоци во употребливи сигнали како што се идентитет на објект, поза, слободен простор и знаци за движење. Најдобра практична практика е да се прикаже доверба или несигурност, а не само етикети. Таа несигурност може да води кон побезбедно планирање кога сензорите се влошуваат од отсјај, заматеност или неред.

Што е SLAM во роботиката и зошто е важен?

SLAM (симултана локализација и мапирање) му помага на роботот да изгради мапа, а во исто време да ја процени сопствената позиција. Тоа е од клучно значење за роботите кои се движат наоколу и треба да се движат без „паника“ кога условите се менуваат. Типични влезни податоци вклучуваат одометрија на тркалата, IMU и LiDAR или визуелни обележја, понекогаш GPS на отворено. Добрите стекови ги комбинираат поместувањето на трагата и неизвесноста, така што роботот може да се однесува поконзервативно кога локализацијата станува несигурна.

По што се разликуваат планирањето и контролата на роботите?

Планирањето одлучува што роботот треба да направи следно, како што е избор на дестинација, насочување околу пречки или избегнување луѓе. Контролата го претвора тој план во непречено, стабилно движење и покрај триењето, промените во товарот и доцнењата на моторот. Планирањето често се дели на глобално планирање (маршрути со општа слика) и локално планирање (брзи рефлекси во близина на пречки). Контролата најчесто користи алатки како PID, контрола базирана на модел или предикативна контрола на моделот за сигурно следење на планот.

Како роботите безбедно се справуваат со неизвесноста или ниската самодоверба?

Добро дизајнираните роботи ја третираат неизвесноста како влезен фактор во однесувањето, а не како нешто што треба да се игнорира. Кога перцепцијата или довербата во локализацијата опаѓа, вообичаен пристап е да се забави, да се зголемат безбедносните маржи, безбедно да се запре или да се побара човечка помош наместо да се нагаѓа. Системите исто така ги евидентираат дејствата и контекстот, така што инцидентите се ревидираат и полесно се поправаат. Овој начин на размислување на „грациозен неуспех“ е клучна разлика помеѓу демонстрациите и распоредливите роботи.

Кога е учењето со засилување корисно за роботите и што го отежнува?

Засилувачкото учење често се користи за сложени вештини како манипулација или локомоција, каде што рачното дизајнирање на контролер е болно. Може да открие ефективни однесувања преку обиди и грешки водени од награда, често во симулација. Распоредувањето станува комплицирано бидејќи истражувањето може да биде небезбедно, податоците може да бидат скапи, а празнините од симулација до реалност можат да ги нарушат политиките. Многу цевководи користат RL селективно, заедно со ограничувањата и класичната контрола за безбедност и стабилност.

Дали моделите на фондации го менуваат начинот на кој роботите ја користат вештачката интелигенција?

Пристапите на основни модели ги туркаат роботите кон поопшто однесување кое ги следи инструкциите, особено со моделите визија-јазик-акција (VLA) како што се системите во стилот на RT-2. Предноста е флексибилноста: поврзување на она што роботот го гледа со она што му е кажано да го направи и како треба да дејствува. Реалноста е дека класичната проценка, безбедносните ограничувања и конзервативната контрола сè уште се важни за физичката сигурност. Многу тимови го дефинираат ова како управување со ризикот од животниот циклус, слично по дух на рамки како AI RMF на NIST.

Референци

[1] Дурант-Вајт и Бејли - Истовремена локализација и мапирање (SLAM): Дел I Основни алгоритми (PDF)
[2] Линч и Парк - Современа роботика: Механика, планирање и контрола (PDF во претходна верзија)
[3] Сатон и Барто - Засилено учење: Вовед (PDF во нацрт од второ издание)
[4] NIST - Рамка за управување со ризици од вештачка интелигенција (AI RMF 1.0) (PDF)
[5] Брохан и др. - RT-2: Модели на визија-јазик-акција кои го пренесуваат веб-знаењето во роботска контрола (arXiv)

Пронајдете ја најновата вештачка интелигенција во официјалната продавница за асистенти за вештачка интелигенција

За нас