Ing. George Meseșan este implicat din primăvara lui 2016, în proiectul TORO al Institutului de Robotică și Mecatronică al Centrului Aerospațial German - DLR. Pasionat de robotică și de proiectul căruia i s-a dedicat alături de cercetătorii deja implicați în proiect, ing. George Meseșan a fost de acord să ne ofere câteva răspunsuri despre renumitul proiect.
Diana Ciorba: Care este obiectivul principal al proiectului TORO?
ing. George Meseșan: Proiectul TORO a fost demarat în vara lui 2009 cu un robot format din două picioare și o cameră montată deasupra lor. În anii ce au urmat, robotul a fost extins succesiv cu trunchi, brațe, mâini și un cap, până ce în primăvara 2013 s-a ajuns la un robot umanoid. Principalul obiectiv al proiectului TORO a fost din start acela de a servi ca o platformă pentru a studia locomoția controlată prin torsiune. Până de curând, în cazul majorității roboților umanoizi se folosea controlul poziției, care oferă o precizie extraordinară dar nu și robustețe atunci când avem de a face cu o suprafață neregulată. Ba mai mult, are tendința să genereze forțe mari de contact în timpul dereglărilor de suprafață, făcând această abordare nepotrivită pentru interacțiunile om-robot. De exemplu, un robot umanoid controlat prin poziție ce calcă pe piciorul unui om ar putea produce răni grave. Roboții controlați prin forța de cuplu / torsiune, sunt obedienți, interacționează grațios cu mediul (inclusive cu oamenii), dar nu au precizia de mișcare a roboților controlați prin poziție. Din perspectiva ambelor aspecte, roboții controlați prin cuplul de forțe sunt mai umani, fiind, din perspectiva noastră, alegerea logică pentru dezvoltarea unui robot umanoid.
Care sunt principalele realizări ale platformei TORO din ultimii 2 ani?
ing. George Meseșan: În ultimii doi ani, au existat trei direcții mari de cercetare: mersul controlat prin cuplul de forțe, echilibrul, și locomoția multi-contact, unde multi-contact înseamnă că și mâinile sunt folosite ca suport în timpul mișcării. Rezultatele au fost prezentate la conferințe de robotică de elită sau publicate în publicații specializate.
Cum sunt controlate interacțiunile cu mediul în timp ce robotul își menține echilibrul?
ing. George Meseșan: Principala provocare a locomoției și echilibrului umanoide este prevenirea căderii. Roboții umanoizi și oamenii au un centru de greutate ridicat (în cazul robotului TORO, la circa 95 cm de la sol) și o bază de sprijin mică, o situație adeseori descrisă ca un pendul inversat. Am făcut problema și mai dificilă proiectându-l pe TORO cu o labă a piciorului chiar mică: la o înălțime de 1.74 m, TORO are o talpă de 19 cm, adică mărimea 31 de încălțăminte. Proprietățile fizice ale solului (de ex. coeficientul de frecare) și nevoie de a preveni alunecarea sau bascularea piciorului sau a mâinii când este în contact cu mediul, constrâng direcția și amplitudinea forțelor create la punctul de contact. Presupunând că avem o traiectorie pentru centrul de greutate al robotului, în baza legilor fizicii putem calcula forțele ce acționează pe centrul de greutate și putem stabili cum să le distribuim pe punctele de contact date. Distribuția forțelor pe puncte limitate de contact se rezolvă de regulă ca o problemă de optimizare cuadratică limitată.
Care este cea mai mare provocare tehnologică în stadiul actual al cercetării?
ing. George Meseșan: Este dificil să numim una din provocările curente drept cea mai mare. În fiecare domeniu general al roboticii (detectare/percepție, planificare și acțiune), ne confruntăm cu provocări dificile: de exemplu, pentru perceperea mediului și a poziției exacte a robotului în el trebuie să combinăm date din senzori diferiți (giroscop, accelerometru, cameră, senzori ai forțelor de torsiune, etc.) într-o vedere coerentă; pentru a acționa în mediu, trebuie să controlăm simultan cele 27 de grade de libertate ale robotului, în timp ce trebuie luate în considerare limitările motorașelor articulațiilor în termeni de torsiune și velocitate maximă, precum și constrângerile forțelor de contact; cât despre planificare, vrem un robot care să poată reacționa rapid la o comandă dată, ceea ce înseamnă că algoritmul de planificare trebuie să găsească o soluție într-un timp foarte scurt. Deoarece planificarea mișcării pentru cele 27 de articulații ale robotului ar fi intractabilă, ne concentrăm pe modele simplificate ale robotului. Principala provocare este găsirea modelului simplificat care să rețină principalele caracteristici ale robotului complet, fiind pe de altă parte, suficient de simplu încât să realizeze computația eficientă. În cazul lui TORO (și a altor roboți similari), dinamica centrului de greutate (a doua lege newtoniană a mișcării) oferă un model eficient. Totuși, găsirea unei traiectorii fezabile a centrului de greutate dintr-un număr infinit de traiectorii posibile care leagă punctul de pornire de cel final al mișcării este o mare provocare.
Care sunt ariile de cercetare și explorare viitoare ale platformei TORO?
ing. George Meseșan: Principalele obiective ale platformei TORO au fost stabilite la începutul proiectului și probabil nu se vor schimba în viitorul apropiat: de a studia locomoția umanoidă și de a dezvolta metode de planificare și control ce vor permite un comportament cât mai apropiat de cel uman în diferite scenarii (de ex. Mersul pe teren inegal, urcarea treptelor, schimbări de echilibru). O sarcină interesantă pentru cercetare va fi cum să folosească greutatea proprie a robotului pentru a face sarcini date precum cea de a deschide o ușă grea. Oamenii fac asta intuitiv, dar pentru roboții umanoizi, aceasta este o problemă dificilă.
Cum reacționează potențialii utilizatori la modelul funcțional actual?
ing. George Meseșan: Trebuie menționat că TORO este un specimen unic, nu un produs de serie. Fiind o platformă de cercetare dezvoltată de către institutul nostru, TORO nu are utilizatori în afara DLR. Cu toate acestea, cercetători vizitatori din cadrul altor institute fac experimente cu TORO în mod regulat.
Cine crezi că va adopta un asemenea robot în viitorul apropiat?
ing. George Meseșan: Roboții umanoizi sunt proiectați să execute sarcini care sunt repetitive, obositoare sau prea periculoase pentru oameni. Un exemplu este proiectul de colaborare dintre Airbus și câteva institute de cercetare din Europa inclusiv DLR, numit COMANOID.În cadrul proiectului, un robot umanoid execută sarcini de ansamblare a aeronavei considerate de mare risc pentru sănătatea oamenilor, precum aplicarea vopselei anti-corozive în interiorul aeronavei.
Un scurt mesaj pentru comunitatea de robotică din Cluj-Napoca?
ing. George Meseșan: Din punctul de vedere al roboticii, trăim într-un moment privilegiat: anii de pionierat. Știm atât de puține și avem atâtea de învățat. Ca pionier, oricine poate contribui cu o investiție relativ mică, în calitate de pasionat, de cercetător sau profesionist în industrie. Vă încurajez să urmați acest domeniu, deoarece încă sunt multe lucruri frumoase de descoperit!
Mai multe informații despre proiectul TORO:
de Ovidiu Mățan
de Adrian Cozac
de Ovidiu Mățan
