Buďme upřímní. Když jste poprvé viděli video s robotem Olafem od Disneyho, který se volně pohybuje, pravděpodobně jste si pomysleli, že je to jen další chytrý animatronik, okouzlující, ale ve své podstatě jednoduchá divadelní rekvizita z lunaparku. Animatroniky už jsme viděli a ačkoli jsou působivé, často jsou to jen loutky s dražšími provázky. Jak jsme se již dříve letmo dotkli, Olaf od Disney s AI je až děsivě reálný , v tomto sněhulákovi je víc, než se na první pohled zdá.
Díky nedávno publikované studii z Disney Research s názvem “Olaf: Oživení animované postavy ve fyzickém světě” máme nyní k dispozici plán směšně složitého inženýrství, které se skrývá pod tím veselým, sněhovým zevnějškem. Tohle není jen loutka; je to 14,9 kg těžký, 88,7 cm vysoký zázrak mechatroniky s 25 stupni volnosti, poháněný sofistikovanou AI, která se naučila chodit, projevovat emoce a, což je nejpůsobivější, neroztavit se. Zapomeňte na vřelé objetí; skutečné kouzlo se skrývá v řízení teploty.
Konstrukce, která si z fyziky dělá dobrý den
Zásadní výzva pro Disneyho Imagineery spočívala v tom, že Olafova konstrukce je, mírně řečeno, vysloveně nepřátelská vůči fyzikálním zákonům. Animované postavy si mohou dovolit podvádět. Mají obrovské hlavy na tenkých krčcích, malinké nohy, které nějakým záhadným způsobem podpírají viklající se trup, a chůzi, která upřednostňuje osobnost před nicotnými záležitostmi, jako je gravitace a hybnost. Aby to tým přenesl do reálného světa, musel vytvořit robota, který se dokáže nejen pohybovat jako postava, ale také přežít kontakt s realitou – a co je důležitější, se zvědavými dětmi.
Řešení jsou mistrovským dílem kreativního inženýrství. Ten ikonický mrkvový nos? Drží ho magnet, takže se neškodně odpojí, místo aby se stal nebezpečím. Celé tělo je obaleno měkkou PU pěnou, která slouží jako vestavěný polštář. Ale skutečná genialita se skrývá v nohách, problému, který vyžadoval úplné opuštění konvenčního robotického designu.
Neohrabaná chůze, která je čirým géniem
Aby inženýři z Disneyho napodobili Olafovo charakteristické kolébání, kdy se jeho nohy zdají klouzat po jeho kulatém těle, vyvinuli dvojici asymetrických nohou se šesti stupni volnosti, zcela ukrytých v pěnové sukni. Tento chytrý kousek mechanického klamu vytváří iluzi nemožného pohybu postavy, zatímco ukrývá výkonné aktuátory potřebné pro stabilní lokomoci.
Tato konstrukce dává Olafovi neuvěřitelný rozsah výrazů. Nohy dokáží produkovat vertikální pohyb, což mu umožňuje měnit výšku a projevovat emoce způsoby, které by obvykle vyžadovaly samostatný pasový kloub. Je to elegantní řešení, které vtěsná více charakteru do méně, ale složitějších komponent. Celý mechatronický design, od vícekloubového krku po složité oční a čelistní mechanismy, je důkazem toho, jak lze vtěsnat nesmírnou schopnost do omezeného, charakterem daného tvaru.
AI, která poslouchá, zda moc nedupete
Vytvořit tělo byla jen polovina úspěchu. Naprogramovat ho, to byl teprve oříšek. Místo toho, aby byl Olaf úzkostlivě ručně animovaný, jsou jeho pohyby produktem učení s posilováním (RL), kde se AI učí metodou pokus-omyl ve virtuálním prostředí. Tým z Disneyho však přidal zásadní zvrat: vložili problémy z reálného světa a estetiky přímo do funkce odměny AI.
Dva největší zabijáci robotické uvěřitelnosti jsou hluk a teplo. Cinkající, dupající robot nepůsobí jako kouzelný sněhulák. Aby to vyřešili, odměňovali AI za tišší kroky. Výsledkem bylo ohromující snížení hlasitosti kroků, z téměř 82 dB – zvuku hlasitého budíku – na mnohem jemnějších 64 dB.
Druhým problémem bylo teplo. Aktuátory v Olafově tenkém krku, pověřené podporou velmi velké hlavy, byly ohroženy přehřátím, zejména při držení pozice, kdy se dívá nahoru. Tým proto přidal teplotu aktuátorů do cílů učení AI. Systém se naučil provádět jemné, téměř nepostřehnutelné úpravy své polohy, aby udržel teploty v bezpečných mezích a účinně tak zabránil tepelné havárii.
Více než jen sněhulák
Co Disney s Olafem vytvořil, je více než jen nejpokročilejší postava zábavního parku na světě. Je to cestovní mapa pro budoucnost interakce člověka s robotem. Ukazuje, že největší výzvy nejsou vždy o tom, jak udělat robota silnějšího nebo rychlejšího, ale o tom, jak ho učinit uvěřitelnějším, bezpečnějším a více si vědomým svých vlastních fyzických omezení a sociálního kontextu.
Překladem abstraktních konceptů jako „nedělej hluk“ a „nepřehřívej se“ do matematických odměn pro AI, Disney překlenul propast mezi syrovým inženýrstvím a charakterovým výkonem. Techniky, které zde byly průkopnické, nepochybně ovlivní další generaci robotů navržených k chůzi mezi námi, ať už v zábavním parku nebo na veřejném prostranství. Takže až příště uvidíte Olafa, oceníte úsměv, ale s úctou pokývnout hlavou brilantní, teplotu řídící, tiše kráčející AI, která to vše umožňuje.
