จีนฝึกหุ่นยนต์ให้กระโดดเหมือนแมวเพื่อสำรวจดาวเคราะห์น้อย

ทีมนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีฮาร์บิน (ประเทศจีน) ได้รับแรงบันดาลใจจากความสามารถในการหมุนตัวและลงจอดของแมว จึงได้นำการเรียนรู้แบบเสริมแรง (RL) ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของปัญญาประดิษฐ์ (AI) มาฝึกหุ่นยนต์ให้ปรับท่าทางในอากาศขณะกระโดดข้ามพื้นผิวขรุขระที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำบนดาวเคราะห์น้อย

ทีมนักวิจัยชาวจีนฝึกหุ่นยนต์สี่ขาให้ปรับท่าทางและลงจอดเหมือนแมวเพื่อเคลื่อนที่บนพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อย (ภาพ: SCMP)

ต่างจากระบบดั้งเดิมที่ต้องใช้ฮาร์ดแวร์รักษาเสถียรภาพเฉพาะทางแต่มีน้ำหนักมาก หุ่นยนต์ตัวนี้ใช้ระบบควบคุมแบบ “ปราศจากแบบจำลอง” เพื่อขยับขาทั้งสี่อย่างสอดประสานกัน วิธีนี้ช่วยให้หุ่นยนต์สามารถปรับความเอียงและเปลี่ยนทิศทางการเดินทางกลางอากาศได้ นักวิจัยรายงานในวารสาร Journal of Astronautics

การวิจัยนี้กล่าวถึงความท้าทายสำคัญในการกระโดดของหุ่นยนต์เมื่อเคลื่อนที่บนดาวเคราะห์น้อย ซึ่งสภาพแวดล้อมมีแรงโน้มถ่วงต่ำ และแม้แต่ความไม่สมดุลเพียงเล็กน้อยของแรงขาก็อาจทำให้หุ่นยนต์หมุนอย่างควบคุมไม่ได้ ลงจอดไม่สำเร็จ หรือเด้งออกจากพื้นผิวทั้งหมดได้

“ในสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำของดาวเคราะห์น้อย หุ่นยนต์จะต้องเผชิญกับการตกอิสระเป็นเวลานานในระหว่างการกระโดดแต่ละครั้ง สิ่งสำคัญคือต้องใช้เวลานี้เพื่อปรับการเบี่ยงเบนที่เกิดจากการกระโดด เพื่อให้แน่ใจว่าจะลงจอดได้อย่างปลอดภัย หรือเพื่อเปลี่ยนมุมการหมุนเพื่อปรับทิศทางการเคลื่อนที่” ทีมวิจัยกล่าวในรายงาน

“มีการออกแบบและสร้างแพลตฟอร์มจำลองสภาวะไร้น้ำหนักขึ้นมา เพื่อพิสูจน์ประสิทธิภาพของวิธีการกระโดดนี้ผ่านการทดลองกับต้นแบบหุ่นยนต์สี่ขา” ทีมวิจัยกล่าวเสริม

ดาวเคราะห์น้อยคือเศษซากจากการก่อตัวของระบบสุริยะ และเป็นกุญแจสำคัญในการไขปริศนาต้นกำเนิดของระบบสุริยะ นอกจากนี้ยังอุดมไปด้วยทรัพยากร เช่น แพลทินัม และโลหะหายากอื่นๆ ซึ่งอาจช่วยในการสำรวจอวกาศและการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมในอนาคต

ความท้าทายบนพื้นผิวดาวเคราะห์น้อย

จนถึงขณะนี้ หน่วยงานอวกาศในยุโรป ญี่ปุ่น และสหรัฐฯ ประสบความสำเร็จในการนำยานอวกาศลงจอดบนดาวเคราะห์น้อยเพื่อเก็บตัวอย่าง แต่ยังไม่มีหน่วยงานใดส่งยานสำรวจที่สามารถสำรวจพื้นผิวในระยะยาวได้

ยานสำรวจแบบมีล้อแบบดั้งเดิม เช่น ยานสำรวจที่ใช้บนดวงจันทร์และดาวอังคาร ต้องเผชิญกับความท้าทายในสภาพแวดล้อมที่มีดาวเคราะห์น้อย เนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่อ่อน ซึ่งโดยทั่วไปมีเพียงไม่กี่ในพันของโลกเท่านั้น ไม่สามารถให้แรงยึดเกาะเพียงพอที่ทำให้ล้อทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เพื่อแก้ไขข้อจำกัดเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์ ได้เสนอให้ใช้หุ่นยนต์กระโดดสำหรับภารกิจในอนาคต แต่การทำเช่นนั้นก็นำมาซึ่งความท้าทายชุดใหม่

ทุกครั้งที่กระโดด หุ่นยนต์จะลอยอยู่กลางอากาศประมาณ 10 วินาที ซึ่งนานพอที่แรงขาที่ไม่สมดุลจะทำให้หุ่นยนต์หมุนอย่างควบคุมไม่ได้หรืออาจถึงขั้นเด้งออกจากพื้นผิวและลอยออกไปในอวกาศ

ทีมจากฮาร์บินใช้ RL ในการฝึกหุ่นยนต์ในการจำลองเสมือนจริง กว่าเจ็ดชั่วโมง AI ได้เรียนรู้จากข้อผิดพลาดในการทดลองและปรับปรุงการเคลื่อนไหวให้ลงจอดได้อย่างมั่นคง ระบบ AI ของหุ่นยนต์แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการปรับทิศทาง รวมถึงการเอียง (การโน้มตัวไปข้างหน้าหรือข้างหลัง) การเอียง (การเอียงไปด้านข้าง) และการหันเห (มุมการหมุน) ภายในเวลาเพียงไม่กี่วินาที

ยกตัวอย่างเช่น เมื่อพุ่งไปข้างหน้าด้วยมุมเอียงสูงสุดถึง 140 องศา หุ่นยนต์จะสามารถทรงตัวได้ภายใน 8 วินาที หุ่นยนต์ยังสามารถหมุนกลางอากาศได้สูงสุดถึง 90 องศา เพื่อเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่

หุ่นยนต์ได้รับการฝึกฝนโดยใช้การเรียนรู้แบบเสริมแรง (ภาพ: SCMP)

เพื่อยืนยันประสิทธิภาพของระบบ นักวิจัยจึงได้สร้างแพลตฟอร์มจำลองสภาวะไร้น้ำหนักที่ทำให้หุ่นยนต์ "ลอย" อยู่บนพื้นผิวที่แทบไม่มีแรงเสียดทาน

แม้ว่าจะจำกัดอยู่เพียงการเคลื่อนที่สองมิติ แต่การทดลองก็ยืนยันถึงประสิทธิภาพของระบบและเสริมสร้างผลลัพธ์จากการจำลอง ทีมงานกล่าว

นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังพบว่ากระบวนการนี้ต้องการพลังประมวลผลจากหุ่นยนต์น้อยมาก การออกแบบระบบที่มีน้ำหนักเบาและประหยัดพลังงานทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับภารกิจสำรวจอวกาศลึก

ในอนาคต ระบบนี้อาจนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย ตั้งแต่ การสำรวจ ทางวิทยาศาสตร์ไปจนถึงการขุดทรัพยากรบนดาวเคราะห์น้อย อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยกล่าวว่าจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อพัฒนาความสามารถของ AI ในการปรับตัวให้เข้ากับภูมิประเทศและสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย

หัวหยู (ที่มา: SCMP)

แหล่งที่มา