虛擬實境技術助人洞悉機器人「心思」

在麻省理工學院 41 號建築裡有一個黑漆漆的貌似機庫的房間，一個外形頗像魯姆巴（一款智慧清潔機）的機器人正在這裡嘗試做出最終決定。一位行人在前方徘徊不定，擋住了機器人前進的道路。若要抵達房間的另一頭，機器人必須首先判斷阻擋在前方得行人的具體位置變化，然後選擇最為優化的路線以避開行人。
這套全新的虛擬化系統主要是由一個吸頂式投影儀構成，憑藉內置的動作捕捉技術以及動畫軟體將機器人的行走路線即時投影在實驗室地面上。該專案的研究人員將其稱之為「可計算的虛擬實境」（MVR），利用傳統的虛擬實境技術實現機器人對外部世界預判和理解的視覺化。

麻省理工學院航空航太控制實驗室博士後阿裡·阿卡巴爾·阿迦汗·穆罕默迪表示，「一般情況下，機器人或許會做出一些決定，但是我們卻無法看到它心中所想，為何選擇那條特定的路線。如果我們能看到機器人的路線投影到地面上，就能理解機器人的認知以及做出相應行動的原因，該系統將有助於加速諸如自動駕駛汽車專案、遞送包裹無人機以及其他自動化、智慧規劃路徑車輛專案的研發進程」。

阿迦汗·穆罕默迪表示，「作為設計人員，如果能對照機器人的路徑規劃的「內心想法」，就能更為快速地發現路徑規劃程式碼中的 bug。例如放飛一個遞送包裹的四旋翼無人機，如果我們看到它心中所規劃的飛行軌跡路線，就能在它撞到牆上之前終止錯誤軌跡路線的飛行程式，從而避免「機毀貨亡」的悲劇。」
據瞭解，該系統是由一位名為沙伊甘·奧米德·薩菲伊（Shayegan Omidshafiei）的大學畢業生和阿迦汗·穆罕默迪共同研發而成。該專案團隊成員，包括航空航太教授喬納森·豪 Jonathan How 將會在明年一月份舉辦的美國航空航太學會科技大會上詳細展示該虛擬化系統的技術細節。

洞悉機器人的「心思」

研究人員最初採用虛擬化系統的設想是為了應對實驗室訪客的回饋。在展示機器人任務專案的試驗中，實驗室訪客及參觀人員很難理解為何機器人或採用某種特定的行動。在機器人所作出的決定當中，有一些甚至是隨機產生的。故此研究團隊就開發出這套系統來實現機器人決策的視覺化。工程師在實驗室房間天花板上架設了 18 台動作追蹤攝像機來同時跟蹤多個機器人的運動。此外，他們還研發了相應的電腦軟體能將諸如機器人可能的選擇的路徑以及對障礙物的預判等「隱藏的資訊」視覺化。在實體機器人的運行之時，他們將這些資訊即時投影到地板上。

團隊成員奧米德·薩菲伊表示，「鑒於現實世界中不確定因素太多以及硬體設備的問題，所以這套系統上也出了不少麻煩事，當然這套系統也極大地削減了研發人員發現故障原因的工作量。就一般理解而言，實體和類比是兩套各不相干的系統。研發人員往往要從最底層的程式碼分析故障並搞清楚具體原因。而現在，我們有能力通過隱藏資訊投影的這種物理方式來展示最底層的問題，這樣研發人員就無需一頭紮進代碼中或者重新調整程式演算法，這樣下來極大提高了研發人員的工作效率，傳統意義上一個月的工作在我們系統的説明下，可能只需要幾天就搞掂了」。
將戶外場景引入室內

該研發團隊已經在該系統上開發了幾款相應的應用。例如讓無人機應用於森林滅火當中，這樣有朝一日用來調查並消除火患。通過觀察並記錄火種在各種植物上的著火效果，在以後滅火過程中有針對性去撲滅那些更易燃的植被。為了確保無人機滅火的可行性，研究人員已經展開了針對原型產品的虛擬性測試。除了能洞悉並投影機器人的「心思」之外，研究人員還可以投影外部風景，營造一個虛擬的戶外環境。在測試中，團隊開發人員在投影的虛擬森林環境中放飛了一架實體四旋翼無人機，畫面中呈現出的是無人機視角在空中拍攝的森林景象，總體上營造出就像是掠過樹頂的感覺。研究人員在幾處外部風景上投影出虛擬起火效果並引導四旋翼無人機拍攝下地形地貌的圖片，這些圖片最終會教會機器人識別那些特定的危險火種及火源。

不止于此，阿迦汗·穆罕默迪還表示，「團隊成員計畫利用該系統來測試四旋翼無人機在包裹遞送任務場景中的性能。你可以從不同角度來觀察無人機的所處位置的周邊虛擬環境，這一切就好像是無人機在空中飛行的真實環境一樣。目前研發人員已經通過創建幾個城市的虛擬街景投影來營造虛擬城市環境，有點類似于谷歌地圖上的街景視圖的感覺」。
該系統可以投影出劍橋諸多公寓的虛擬場景，使用者可從不同角度觀察無人機所在位置的周邊環境，和真實的環境幾無差異。

鑒於聯邦航空管理局對戶外測試四旋翼無人機以及其他飛行器的法律限制，在虛擬環境中測試相應無人飛行器可真是一個好主意。奧米德·薩菲伊表示，「有了這套系統，使用者可以設計並虛擬出任何想要的場景，以便在這種近乎真實環境中測試並製造戶外飛行器的原型產品」。但是美國聯合技術研究中心的研究科學家阿爾貝托·斯佩蘭索恩（Alberto Speranzon）則表示，「虛擬環境的產品測試和驗證並無法取代真實環境，其意義是為以後的真實環境測試做好必要的準備，從而加速在近乎真實的環境中的產品原型製造和測試工作的進程，此外針對現實環境中所不具備的極端場景，該系統可以虛擬出相應的場景來測試程式決策演算法」。

編譯自 Projecting a robot’s intentions


資料來源：TECH2IPO