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機(jī)器人感知現(xiàn)實(shí)仿真場景

2019/11/04人工智能329


使用適當(dāng)智慧部件(模擬感知時(shí))出現(xiàn)偽造結(jié)果的模式:傳統(tǒng)的識(shí)別視角(左側(cè))和兩種哲學(xué)上(常見)的懷疑論(中間和右側(cè))。左列表示每個(gè)(識(shí)別)部分都是真實(shí)情況下的端到端物理性機(jī)器人實(shí)驗(yàn)。中間一欄,是David Hume(觀點(diǎn))的例證,雖含有真正的傳感器,但也有理由懷疑其輸出報(bào)告的真實(shí)性。最右側(cè)是Bishop Berkeley提出的例證,系統(tǒng)具有真實(shí)的控制器,但其他所有元素為軟件端,這代表信息直接傳入機(jī)器人“皮質(zhì)”的模擬實(shí)驗(yàn)。
圖片來源:Shell & O’Kane)
 
研究人員為了評估機(jī)器人算法和控制器的性能,通常會(huì)使用軟件模擬或?qū)嶓w機(jī)器人。雖然這看上去是不同的評估策略,但有很大的可能性需要結(jié)合兩種方法的要素進(jìn)行評估。
 
在最近的一項(xiàng)研究中,德州農(nóng)工大學(xué)(Texas A&M University)和南卡羅萊納大學(xué)(University of South Carolina)的研究人員正著手評估和測試一些模擬和仿真交叉的驗(yàn)證場景。在arXiv上預(yù)發(fā)表的論文中,他們概述了其研究將特別關(guān)注真實(shí)機(jī)器人通過傳感器感知環(huán)境的實(shí)例,但在這些實(shí)例中,機(jī)器人感知的環(huán)境可能并非真實(shí)的場景。
 
“我們考慮的問題是(最終通過各個(gè))機(jī)器人部分呈現(xiàn)的結(jié)果會(huì)與真實(shí)世界存在差異,”進(jìn)行該研究的Dylan Shell和Jason O’Kane在他們的論文中寫道?!斑@個(gè)質(zhì)詢源于在驗(yàn)證機(jī)器人行為時(shí)無法將我們手頭的實(shí)驗(yàn)用機(jī)器人和理想機(jī)器人、實(shí)際測試環(huán)境與理想測試環(huán)境以及其他一系列潛在誤差的偏差消除。”
 
這項(xiàng)研究的靈感來自以前的生物研究,當(dāng)時(shí)的研究旨在了解生物的感知局限性,以及信息的不匹配如何影響它們的行為。近年來,生物學(xué)家開始使用虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)等技術(shù)工具來更好地了解生物有機(jī)體及其感知。
 
類似地,軟件模擬已經(jīng)成為機(jī)器人研究的關(guān)鍵部分,許多研究人員使用軟件模擬來執(zhí)行并測試機(jī)器人系統(tǒng)和方法。通常,模擬軟件是在虛擬環(huán)境(而非物理環(huán)境)中復(fù)制機(jī)器人的執(zhí)行元素,以實(shí)現(xiàn)傳感器的人工讀取和相關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)生成。
 
這就引出了另一個(gè)問題:模擬器作為一個(gè)系統(tǒng)而言,其自身的仿真結(jié)果和真實(shí)情況到底有多接近?考慮到這一點(diǎn),研究人員就開始探索該“相互匹配”系統(tǒng)間的相關(guān)性,以及這些系統(tǒng)中有一個(gè)足夠強(qiáng)大以至于其他系統(tǒng)均受到其影響的情況。
 
Shell和O'Kane在他們的論文中解釋道:“在明確了錯(cuò)覺概念(本質(zhì)上是發(fā)生在真實(shí)世界中的系統(tǒng)仿真)之后,我們依據(jù)環(huán)境模擬的要求這類仿真的施行效果進(jìn)行檢驗(yàn)?!薄皶r(shí)間是很重要的:一些機(jī)器雖然能夠模擬其他機(jī)器人,但很難做到同步。”
 
Shell和O'Kane認(rèn)為,系統(tǒng)模擬其他系統(tǒng)的不同速率允許研究人員以一種相對的形式來描述模擬系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)?;谶@一假設(shè),他們提出了概括模擬系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)之間關(guān)系的定理,并為每個(gè)定理提供了幾個(gè)例子。
 
隨后,研究人員根據(jù)他們提出的理論進(jìn)行了一個(gè)簡單的多機(jī)器人實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中,個(gè)體機(jī)器人必須在模擬環(huán)境和物理機(jī)器人試驗(yàn)臺(tái)的無界的障礙區(qū)域內(nèi)完成簡單的導(dǎo)航任務(wù)。最終結(jié)果表明,不同的模擬方法在給定系統(tǒng)環(huán)境下產(chǎn)生“模擬感知”有著明顯不同的時(shí)間效率。
 
Shell和O'Kane實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果,以及他們建立的理論,加深了對目前用于評估機(jī)器人的仿真軟件的理解,突出了真實(shí)系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)之間關(guān)系的新方向。他們可以在未來的工作中探索各種新的研究方向,例如擴(kuò)展理論來處理不確定性和非決定論的概念,或者開發(fā)一個(gè)更豐富的有效“(感知)錯(cuò)覺”理論。  

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