Как Дисней упаковал большие эмоции в маленького робота

В среду, в Международная конференция IEEE/RSJ по интеллектуальным роботам и системам (IROS) 2023 г.в Детройте, Дисней Исследования Команда представила совершенно нового роботизированного персонажа во время своего вечернего основного выступления. Очаровательный робот воплощает в себе огромную экспрессию своего детского тела: от очень выразительной головы и двух извивающихся усиков до коротких коротких ножек. Но что отличает этого робота от других маленьких двуногих, так это как он ходит — он полон индивидуальности, вызывает эмоции при движении и кажется уникально живым.

Программирование роботов на эмоциональные движения — это то, в чем компания Disney является экспертом еще с 1971 года, со своим аниматронным Залом президентов в Disney World. Однако по мере того, как роботы становятся все более продвинутыми и мобильными, конструкторам роботов и аниматорам роботов становится все сложнее разрабатывать эмоциональное поведение, которое одновременно использует преимущества роботизированного оборудования и совместимо с ним в условиях реального мира. Компания Disney Research потратила последний год на разработку новой системы, которая использует обучение с подкреплением, чтобы превратить видение аниматора в выразительные движения, которые достаточно надежны, чтобы работать практически где угодно, будь то сцена в IROS, тематический парк Диснея или лес в Швейцарии.

---

Дисней Исследования

Этот конкретный робот был разработан командой под руководством Мориц Бахер от Исследования Диснея в Цюрихе. В основном он напечатан на 3D-принтере с использованием модульного оборудования и приводов, что позволило быстро спроектировать и дорабатывать его, переходя от концепции к тому, что вы видите в видео выше, менее чем за год. У него есть голова с четырьмя степенями свободы (способная смотреть вверх, вниз, вокруг и наклоняться), а также ноги с пятью степенями свободы и тазобедренными суставами, которые позволяют ему ходить, динамически балансируя.

«Большинство робототехников сосредоточены на том, чтобы заставить своих двуногих роботов надежно ходить», — говорит ученый-исследователь Диснея. Морган Поуп, который помог представить робота на сцене. «В Диснее этого может быть недостаточно — нашим роботам, возможно, придется расхаживать, гарцевать, красться, рысью или извиваться, чтобы передать эмоции, которые нам нужны». У Диснея есть аниматоры, которые являются экспертами в том, как заставить персонажей передавать все эти эмоции (и даже больше) через движение, а также робототехники, которые являются экспертами в создании механических систем. «То, что мы пытаемся привнести в такого рода роботов, рождается из нашей истории анимации персонажей», — объясняет Майкл Хопкинс, главный инженер по исследованиям и разработкам в Disney. «В нашу команду входит аниматор, и вместе мы можем использовать его знания и наш технический опыт для создания наилучшего представления, на которое мы способны».

Морган Поуп [left] и Мориц Бехер представляют нового робота на выставке IROSЭван Акерман

Чтобы создать эффективного роботизированного персонажа, аниматорам и робототехникам необходимо объединить свои таланты. Этот процесс может занять много времени и включает в себя множество проб и ошибок, чтобы убедиться, что робот может передать художественный замысел аниматоров, не упав. «Как правило, в инструменты анимации не встроена физика», — объясняет Бэхер. «Поэтому художникам сложно создавать анимацию, которая будет работать в реальном мире».

«Речь идет не только о ходьбе», — добавляет Поуп. «Ходьба — это один из входных данных для системы обучения с подкреплением, но другой важный вход — это как оно ходит».

Морган Поуп из Disney помог представить нового роботизированного персонажа на выставке IROS.Эван Акерман

Чтобы восполнить этот пробел, Disney Research разработала конвейер, основанный на обучении с подкреплением, который опирается на симуляцию, чтобы объединить и сбалансировать видение аниматора с надежными роботизированными движениями. Для аниматора конвейер, по сути, заботится о реализации ограничений физического мира, позволяя аниматору разрабатывать очень выразительные движения, полагаясь на то, что система сделает эти движения реальными или приблизит их настолько близко, насколько это физически возможно для робота. Конвейер Disney может обучить робота новому поведению на одном компьютере, всего за несколько часов проведя годы обучения. По словам Бэхера, это сократило время, необходимое Disney на разработку нового роботизированного персонажа, с нескольких лет до нескольких месяцев.

Большим преимуществом обучения с подкреплением в этом контексте является то, что результирующие движения могут быть очень надежными. Система Диснея способна снова и снова тренировать движения, внося небольшие изменения в такие вещи, как производительность двигателя, распределение массы и трение между роботом и землей. Система гарантирует, что с чем бы робот ни столкнулся в реальном мире, он будет знать не только, как справиться с самим собой, но и как справиться с самим собой. все еще испытывая эмоции, что имеет решающее значение для сохранения роботом своего характера. «Это вызов традиционным методам», — говорит Рубен Грандиа, младший научный сотрудник Disney Research. «Обычно вам приходится вручную программировать эту точку перехода. Но если вы соберете все вместе в одной симуляции и потревожите ее, пока она пытается двигаться и анимировать, она сможет определить эту точку сама, что привело к стратегиям восстановления, которые мы видим у этого робота, которые мы понятия не имеем, как программировать. ».

Социальные роботы существуют уже несколько десятилетий, и даже роботы, специально не предназначенные для социального взаимодействия, обычно обладают некоторыми функциями взаимодействия человека и робота, если они могут проводить время среди людей. Но взаимодействие человека и робота иногда может быть второстепенным для роботов, которые разрабатываются в первую очередь с учетом функциональности. Своими роботами компания Disney показала, насколько робот способен общаться посредством характер без ущерба для функциональности, и это может быть полезно в робототехника в более широком смысле.

«В ситуациях, когда люди и роботы находятся близко друг к другу, важной особенностью может быть передача эмоций и намерений», — объясняет Георг Видебах, старший специалист по исследованиям и разработкам в Disney. «Поэтому я думаю, что это может быть полезно и в других приложениях, где роботы работают рядом с людьми».

Участники IROS знакомятся с роботом Диснея.Эван Акерман

Хотя на этом конкретном роботе легко сосредоточиться (посмотрите, какой он милый!), исследователи подчеркивают, что здесь важен не робот, а процесс. «Идея состоит в том, что эта платформа не зависит от аппаратного обеспечения», — говорит Бэхер. «Поэтому, если мы хотим добавить больше ног, рук или создать совершенно нового персонажа с совершенно другой морфологией, мы можем быстро научить его новому поведению. Готовые приводы, компоненты, напечатанные на 3D-принтере, наша адаптируемая система обучения с подкреплением — все это можно применить к роботам, которые сильно различаются по тому, как они выглядят и двигаются. Этот робот — многообещающий первый шаг на этом пути».

Следующие шаги на пути Диснея включают использование этой техники для создания более физических роботизированных персонажей и расширение границ возможного с помощью более быстрых и динамичных движений. «Мы хотим посмотреть, что произойдет, когда мы доберемся до этих пределов», — говорит ученый-исследователь Диснея. Осиновый узел«и узнать, что мы можем сделать в этих пределах».

Исследовательская группа Disney, создавшая нового робота, [from left] Мориц Бехер, Георг Видебах, Майкл Хопкинс, Рубен Грандиа и Морган Поуп.Эван Акерман

Что касается этого робота, то у персонажа нет официального имени, и Дисней не готов комментировать, где мы можем его увидеть. Но исходя из того, как это выглядит и звучит, у нас есть некоторые догадки. И этот маленький робот — только начало: теперь, когда их стало намного проще создавать, мы надеемся увидеть еще много таких выразительных роботов-персонажей от Диснея.