Design „Brain“ přizpůsobený pro roboty

Vědci z MIT vyvinuli automatizovaný způsob navrhování vlastního hardwaru nebo „mozků“, které zrychlují robota.

Nový systém navrhuje hardwarové architektury pro zrychlení doby odezvy robotů.

Kompatibilní roboti možná „Motory jsou rychlé a výkonné,“ říká Sabrina Neiman.

Ale v obtížných situacích, jako jsou lidské interakce, se často vyskytují roboti nedělej to „Vypnutí se děje v hlavě robota,“ dodal.

Vnímání pobídek և Výpočet odpovědi vyžaduje „výpočet“, který omezuje dobu odezvy, říká Newman, čerstvý postgraduální student. S: Laboratoř informatiky a umělé inteligence (CSAIL). Neumann našel způsob, jak čelit tomuto nesouladu mezi „myslí“ a „tělem“ robota. Metoda zvaná robomorfní výpočet využívá programy fyzického rozložení robota ke generování osobního počítačového čipu, který minimalizuje dobu odezvy robota.

Záloha může přispět na řadu robotických programů, včetně primární péče o potenciálně infekční pacienty. „Bylo by fantastické, kdybychom mohli mít roboty, kteří by pomohli snížit riziko pro pacienty a nemocniční personál,“ řekl Neumann.

Neumann představí výzkum na této dubnové konferenci na mezinárodní konferenci o architektonické podpoře operačních systémů pro programovací jazyky. Spoluautoři MIT zahrnují Thomas Bourgeois, PhD, Srin Devadas, Edwin Sibley Webster, profesor elektrotechniky a Neiman, Ph.D. Mezi další spoluautory patří Brian Plancher z Harvardské univerzity, Thierry Tamben a Vijay Jan Anapa Red. Neumann je v současné době postgraduální student na NSF Computer Innovation, Harvard School of Engineering.

Podle Neimana existují tři hlavní kroky v robotu. První je vnímání, které zahrnuje sběr dat prostřednictvím senzorů nebo kamer. Druhým je mapování a lokalizace. „Na základě toho, co vidí, musí vytvořit mapu světa kolem sebe a poté se na této mapě lokalizovat,“ říká Neiman. Třetím krokem je plánování a řízení pohybu, jinými slovy, zmapování průběhu akce.

Tyto kroky mohou být časově náročné a extrémně nákladově efektivní. „Aby mohli být roboti nasazeni v terénu a mohli bezpečně pracovat v dynamickém prostředí kolem lidí, musí myslet a reagovat velmi rychle,“ říká Plancher. “Aktuální algoritmy nemohou běžet rychle na aktuálním procesorovém zařízení.”

Neiman dodává, že vědci studovali lepší algoritmy, ale věří, že samotné softwarové vylepšení problém nevyřeší. „Relativně nová je myšlenka, že můžete studovat i lepší vybavení.“ To znamená, že opouštíme standardní výstupní procesorový čip, který se skládá z mozku robota s hardwarovou akcelerací.

Zrychlení zařízení označuje použití specializované hardwarové jednotky k účinnějšímu provádění určitých výpočetních úloh. Nejčastěji používaným hardwarovým akcelerátorem je jednotka grafického zpracování (GPU), čip specializovaný na paralelní zpracování. Tato zařízení jsou vhodná pro grafiku, protože jejich paralelní struktura umožňuje zpracovávat tisíce pixelů najednou. „GPU není ve všem nejlepší, ale nejlepší je,“ říká Neumann. „Získáte vyšší skóre pro konkrétní aplikaci.“ Většina robotů je navržena s ohledem na balíček softwaru, takže mohou využívat hardwarovou akceleraci. Proto Neumannův tým vyvinul robomorfní výpočet.

Systém vytváří vlastní hardwarový design, který nejlépe splňuje výpočetní potřeby konkrétního robota. Uživatel zadá nastavení robota, například uspořádání jeho končetin – jak se mohou pohybovat různé klouby. Neumannův systém převádí tyto fyzikální vlastnosti do matematických matic. Tyto matice jsou „řídké“, což znamená, že obsahují mnoho nulových hodnot, které zhruba odpovídají pohybům, které jsou vzhledem ke specifické anatomii robota nemožné. (Podobně jsou vaše pohyby omezené, protože se může ohýbat pouze v určitých kloubech. Nejsou to nekonečně pružné špagetové nudle).

Systém poté navrhne hardwarovou architekturu, která se specializuje na výpočty založené pouze na nenulových hodnotách v maticích. Výsledný design čipu je upraven tak, aby maximalizoval efektivitu výpočetních potřeb robota. A tato úprava fungovala během experimentů.

Hardwarová architektura vyvinutá pro tuto konkrétní aplikaci pomocí této metody překročila jednotky GPU rackového procesoru. Zatímco tým Neumann nevybudoval specializovaný čip od nuly, naprogramoval volitelný čip Field Gateway (FPGA) podle svých systémových doporučení. I přes to, že běžel na nižší frekvenci, běžel čip osmkrát rychleji než procesor – 86krát rychleji než GPU.

„Obdivoval jsem výsledky,“ říká Neiman. „Přestože nám bránila nízká rychlost hodin, dokončili jsme ji, abychom byli efektivnější.“

Plancher vidí velký potenciál pro robomorfní výpočty. „V ideálním případě můžeme pro každého robota nakonec vyrobit speciální čip pro plánování pohybu, který jim umožní rychle vypočítat bezpečné a efektivní pohyby,“ říká. „Nepřekvapilo by mě, kdyby o 20 let později měl každý robot hrst speciálních počítačových čipů, které jej poháněly, mohl by to být jeden z nich.“ Neumann dodává, že robomorfní výpočty mohou robotům umožnit zbavit se rizika v řadě prostředí, jako je péče o 19 pacientů s krkem nebo manipulace s těžkými předměty.

„Tato práce je vzrušující, protože ukazuje, jak lze pomocí speciálních obvodových diagramů urychlit klíčovou součást řízení robotů,“ uvedl Robin Dates, robotický inženýr společnosti Boston Dynamics, který se studie nezúčastnil. „Vývoj softwaru je pro robotiku velmi důležitý, protože skutečný svět nikdy nečeká, až robot dokončí přemýšlení.“ Dodává, že Neimanův pokrok může robotům umožnit rychleji myslet.

Neuman plánuje automatizovat celý systém robomorfního výpočtu. Uživatelé jednoduše přetáhnou nastavení robota, “vychází z druhého konce popis hardwaru. Myslím, že to je věc, která to nechá tak, bude to opravdu užitečné. “

Tento výzkum byl financován z National Science Foundation, Computing Research Agency, CIFellows Project a Defence Advanced Research Projects Agency.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Znepokojující nový důkaz, že vakcíny COVID-19 jsou méně účinné než nové varianty koronaviru

Asistentka lékaře Philana Liang připravuje láhev vakcíny COVID-19 na Lékařském kampusu University of Washington. Nový výzkum na Lékařské fakultě University of Washington v...

Rad solární chlazení – solární ohřev z jednoho systému. Není nutná elektřina

Systém snížil teplotu uvnitř testovacího systému ve venkovním prostředí vystaveném přímému slunečnímu záření o více než 12 stupňů Celsia (22 stupňů Fahrenheita). Půjčka...

Odkrytý 260 milionů let starý zabiják

Živá rekonstrukce anteosaura útočícího na býložravého moschognatha. Fotografický kredit: Alex Bernardini (@SimplexPaleo) 260 milionů let starý dravec Anteosaurus, dříve považován za těžkého, pomalého a...

Fyzici částic řeší problémy, které „sledují“ více než 20 let

Obrázek ukazuje dráhu paprsku, který prochází měděným vysokofrekvenčním kvadrupólem, černým dipólovým magnetem a štěrbinovým měřicím systémem na detektoru částic. Strukturální složitost paprsku se...

Paleontologové řeší 150 let starou záhadu – a objevují novou skupinu hmyzu

Křídlo nového druhu Okanagrion hobani z fosilního naleziště McAbee v Britské Kolumbii je samoobslužným hmyzem nového podřádu Cephalozygoptera. Kredit: Copyright Zootaxa, použitý v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.