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【產(chǎn)通社，3月5日訊】哥倫比亞大學(xué)（Columbia University）研究人員的一項(xiàng)新研究顯示，通過(guò)用相機(jī)觀察自己的運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人可以自學(xué)自己的身體結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)方式。有了這些知識(shí)，機(jī)器人不僅能計(jì)劃自己的行動(dòng)，還能克服和自愈身體的損傷。
“就像人類(lèi)通過(guò)照鏡子來(lái)學(xué)習(xí)跳舞一樣，機(jī)器人可使用原始視頻來(lái)建立自我運(yùn)動(dòng)意識(shí)，”該研究的主要作者、哥倫比亞大學(xué)創(chuàng)意機(jī)器實(shí)驗(yàn)室博士生胡宇航說(shuō)。胡博士由Hod Lipson James和Sally Scapa創(chuàng)新教授兼機(jī)械工程系主任指導(dǎo)。“我們的目標(biāo)是讓機(jī)器人了解自己的身體，適應(yīng)損傷，并學(xué)習(xí)新技能，而無(wú)需不斷的人類(lèi)編程。”
大多數(shù)機(jī)器人起初都是在模擬中學(xué)習(xí)移動(dòng)的。一旦機(jī)器人可以在這些虛擬環(huán)境中移動(dòng)，就會(huì)被釋放到現(xiàn)實(shí)世界中，在那里它可以繼續(xù)學(xué)習(xí)。“模擬器越好、越真實(shí)，機(jī)器人就越容易從模擬跳回到現(xiàn)實(shí)，”Lipson解釋道。
然而，創(chuàng)建一個(gè)好的模擬器是一個(gè)艱巨的過(guò)程，通常需要熟練的工程師。研究人員教機(jī)器人如何通過(guò)攝像頭觀察自己的運(yùn)動(dòng)來(lái)創(chuàng)建自己的模擬器。“這種能力不僅節(jié)省了工程上的努力，還允許模擬繼續(xù)進(jìn)行，并隨著機(jī)器人經(jīng)歷磨損、損壞和適應(yīng)而發(fā)展，”Lipson說(shuō)。
在新的研究中，研究人員開(kāi)發(fā)了一種方法，讓機(jī)器人使用單個(gè)常規(guī)2D相機(jī)，對(duì)自己的3D形狀進(jìn)行自主建模。這一突破是由三個(gè)被稱(chēng)為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模仿大腦的人工智能系統(tǒng)推動(dòng)的。這些從2D視頻中推斷出的3D運(yùn)動(dòng)，使機(jī)器人能夠理解并適應(yīng)自己的運(yùn)動(dòng)。新系統(tǒng)還可以識(shí)別機(jī)器人身體的變化，如手臂彎曲，并幫助它們調(diào)整運(yùn)動(dòng)，快速?gòu)哪M損傷中恢復(fù)。
在各種現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用程序中，這種適應(yīng)性被證明是有用的。例如，“想象一個(gè)機(jī)器人吸塵器或個(gè)人助理機(jī)器人在撞到家具后發(fā)現(xiàn)自己的手臂彎曲，”胡博士說(shuō)。“它不會(huì)壞掉或需要修理，而是自己看著自己，調(diào)整自己的運(yùn)動(dòng)方式，繼續(xù)工作。這將使家用機(jī)器人更加可靠——不需要不斷地重新編程。”
另一個(gè)場(chǎng)景可能是在汽車(chē)工廠里，一個(gè)機(jī)器人手臂被撞得不成直線。“不用停止生產(chǎn)，它可以觀察自己，調(diào)整動(dòng)作，然后回到焊接——減少停工時(shí)間和成本，”胡博士說(shuō)，這種適應(yīng)性可能會(huì)讓制造業(yè)更有彈性。
隨著人們將從制造到醫(yī)療的更多關(guān)鍵功能移交給機(jī)器人，我們需要這些機(jī)器人更有彈性。“我們?nèi)祟?lèi)負(fù)擔(dān)不起不斷地呵護(hù)這些機(jī)器人、修理?yè)p壞的部件和調(diào)整性能。“機(jī)器人需要學(xué)會(huì)照顧自己，這就是自我建模如此重要的原因”Lipson說(shuō)。
這項(xiàng)研究中展示的能力是哥倫比亞大學(xué)團(tuán)隊(duì)在過(guò)去二十年中發(fā)布的一系列項(xiàng)目中的最新項(xiàng)目，在這些項(xiàng)目中，機(jī)器人正在學(xué)習(xí)如何更好地使用相機(jī)和其他傳感器進(jìn)行自我建模。
2006年，研究小組的機(jī)器人能夠利用觀察來(lái)創(chuàng)建簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)筆畫(huà)模擬自己。大約十年前，機(jī)器人開(kāi)始使用多個(gè)攝像頭創(chuàng)建更高逼真度的模型。在這項(xiàng)研究中，機(jī)器人能夠僅使用來(lái)自單個(gè)常規(guī)相機(jī)的短視頻剪輯來(lái)創(chuàng)建自己的綜合運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，類(lèi)似于照鏡子。研究人員稱(chēng)這種新發(fā)現(xiàn)的能力為“運(yùn)動(dòng)自我意識(shí)”。
“我們?nèi)祟?lèi)憑直覺(jué)意識(shí)到自己的身體；Lipson說(shuō):“我們可以想象未來(lái)的自己，并在現(xiàn)實(shí)生活中采取行動(dòng)之前就能想象我們行動(dòng)的后果。“最終，我們希望賦予機(jī)器人類(lèi)似的想象自己的能力，因?yàn)橐坏┠阍谖磥?lái)可以想象自己，你就可以無(wú)所不能。”
剪報(bào)來(lái)源：
https://www.engineering.columbia.edu/about/news/robots-learn-how-move-watching-themselves-0
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s42256-025-01006-w
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