Robot hình người không phải hiện tượng mới. Nhìn theo các giai đoạn phát triển giúp phân biệt phần đã thật sự tiến bộ với phần chỉ mới được trình diễn tốt hơn.
Giai đoạn một: đi được theo quỹ đạo tính trước
Thành tựu đầu tiên là làm cho một cỗ máy hai chân đi mà không đổ. Cách làm là tính trước một quỹ đạo cho từng khớp sao cho trọng tâm luôn nằm trong vùng an toàn, rồi cho robot bám theo quỹ đạo đó.
Kỹ thuật nền là kiểm soát vị trí một điểm đặc biệt trên mặt sàn sao cho nó không ra ngoài diện tích tiếp xúc của bàn chân. Nếu nó ra ngoài, bàn chân bắt đầu lật và robot đổ.
Kết quả: robot đi được trên sàn phẳng, dáng hơi khuỵu gối, bước ngắn và chậm. Đây là dáng đi đặc trưng của thế hệ này, và lý do là quỹ đạo được tính để luôn giữ trạng thái an toàn tĩnh.
Giới hạn: mọi thứ dựa trên giả định môi trường đúng như tính trước. Một viên sỏi hoặc một cú đẩy nhẹ là đủ làm hỏng cả quỹ đạo.
Giai đoạn hai: phản ứng và điều khiển toàn thân
Bước tiến tiếp theo là bỏ giả định môi trường biết trước, chuyển sang tính lại liên tục dựa trên trạng thái đo được.
Thay vì bám một quỹ đạo cố định, robot liên tục giải một bài toán tối ưu: với trạng thái hiện tại và các ràng buộc về tiếp xúc, lực nào cần tác dụng để giữ thăng bằng và tiến về mục tiêu.
Điều này cho phép phục hồi khi bị đẩy, bước lên bề mặt không phẳng, và điều chỉnh vị trí đặt chân giữa chừng.
Đây cũng là giai đoạn xuất hiện các màn trình diễn ấn tượng về khả năng giữ thăng bằng, và nó dựa trên nền tảng điều khiển chứ không phải học máy.
Giới hạn: cần mô hình động lực học đủ đúng, và các hiện tượng khó mô hình như tiếp xúc phức tạp hay bề mặt trơn vẫn gây khó.
Giai đoạn ba: học kỹ năng vận động từ dữ liệu
Giai đoạn gần đây chuyển phần điều khiển vận động sang học trong mô phỏng: cho robot ảo luyện tập hàng triệu lần trong môi trường ngẫu nhiên hoá, rồi chuyển chính sách đã học sang máy thật.
Cách này cho ra dáng đi tự nhiên hơn, khả năng chịu nhiễu tốt hơn, và xử lý được các tình huống mà việc mô hình hoá tường minh rất khó.
Điểm đáng chú ý về mặt kỹ thuật: nó tận dụng được khối lượng tính toán khổng lồ để thay thế cho việc con người phải mô tả chính xác động lực học.
Giới hạn hiện tại: phần vận động tiến bộ nhanh hơn hẳn phần thao tác bằng tay. Robot giữ thăng bằng và di chuyển ngày càng tốt, nhưng việc dùng tay làm việc hữu ích vẫn chậm và kém tin cậy.
Điều gì thật sự đã thay đổi
So sánh qua các giai đoạn, ba thứ tiến bộ rõ.
- Khả năng giữ thăng bằng động: từ đi chậm trên sàn phẳng tới chịu được cú đẩy và địa hình không đều.
- Chất lượng phần cứng: cơ cấu truyền động mạnh hơn, nhẹ hơn, phản hồi lực tốt hơn; pin và tính toán trên máy cải thiện nhiều.
- Tốc độ phát triển: mô phỏng và học từ dữ liệu rút ngắn thời gian tạo ra một kỹ năng mới.
Và hai thứ chưa thay đổi nhiều.
Thao tác khéo léo bằng tay vẫn là ranh giới, đặc biệt với vật mềm và thao tác cần cảm nhận lực tinh tế.
Độ tin cậy dài hạn: chạy được vài phút trong bản trình diễn khác hẳn chạy tám giờ mỗi ngày trong nhiều tháng.
Cách theo dõi tiến bộ tiếp theo
Thay vì đếm số video mới, ba chỉ dấu sau nói lên nhiều hơn về việc ranh giới có dịch chuyển thật không.
Thời gian hoạt động liên tục giữa hai lần can thiệp của con người. Đây là chỉ số khó làm đẹp và phản ánh đúng độ chín.
Tỉ lệ thành công trên nhiệm vụ chưa từng huấn luyện, đặc biệt là nhiệm vụ dùng tay.
Kết quả tái lập bởi nhóm khác trên phần cứng khác.
Ba chỉ dấu này ít xuất hiện trong truyền thông nhưng thường có trong tài liệu kỹ thuật đi kèm, và chúng cho biết một bước tiến là thật hay chỉ là một bản trình diễn được chuẩn bị kỹ.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao robot đời cũ đi với dáng khuỵu gối?
Vì phương pháp điều khiển thời đó dựa trên việc giữ trạng thái luôn an toàn và tránh các cấu hình khớp gần duỗi thẳng, nơi bài toán động học trở nên khó xử lý. Dáng khuỵu gối giữ cho các khớp luôn ở vùng dễ điều khiển, đổi lại tốn nhiều năng lượng hơn.
Học từ dữ liệu đã thay thế điều khiển cổ điển trong robot chân chưa?
Chưa thay thế hoàn toàn. Nhiều hệ thống dùng chính sách học được cho phần vận động nhưng vẫn giữ các lớp điều khiển và giới hạn cổ điển bên dưới để đảm bảo an toàn và ổn định.
Vì sao phần tay tiến chậm hơn phần chân?
Vì đi bộ là bài toán chủ yếu về động lực học của chính robot, mô phỏng khá tốt và có thể luyện tập hàng triệu lần trong môi trường ảo. Thao tác bằng tay phụ thuộc vào tiếp xúc với vật thể đa dạng, mà đó lại là phần mô phỏng mô tả kém nhất.
Robot hình người đã thương mại hoá chưa?
Đã có các sản phẩm bán ra và các chương trình thử nghiệm tại doanh nghiệp, nhưng phần lớn vẫn ở giai đoạn thử nghiệm có giám sát chứ chưa phải vận hành độc lập ở quy mô lớn. Chỉ số đáng theo dõi là thời gian hoạt động liên tục không cần can thiệp.
Đọc thêm trong Giữ thăng bằng & điều khiển toàn thân và Tay & bàn tay khéo.
