Bądźmy szczerzy. Kiedy po raz pierwszy zobaczyliście wideo z wolno poruszającym się robotem Olafem Disneya, prawdopodobnie pomyśleliście, że to tylko kolejny sprytny animatronik, uroczy, ale w gruncie rzeczy prosty element parkowej rozrywki. Widzieliśmy już animatroniki wcześniej i choć imponujące, często są to tylko kukiełki na droższych sznurkach. Jak już wcześniej wspominaliśmy, AI Olaf z Disneya jest przerażająco prawdziwy , w tym bałwanku kryje się coś więcej, niż widać na pierwszy rzut oka.
Dzięki niedawno opublikowanemu artykułowi Disney Research zatytułowanemu “Olaf: Bringing an Animated Character to Life in the Physical World” mamy teraz plan niewiarygodnie złożonej inżynierii, ukrytej pod tym wesołym, śnieżnym obliczem. To nie jest zwykła kukiełka; to ważące 14,9 kg i mierzące 88,7 cm wysokości cudo mechatroniki z 25 stopniami swobody, sterowane przez wyrafinowaną sztuczną inteligencję (AI), która nauczyła się chodzić, wyrażać emocje, a co najważniejsze, nie topić się. Zapomnijcie o ciepłych uściskach; prawdziwa magia kryje się w zarządzaniu termicznym.
Projekt wrogi fizyce
Fundamentalnym wyzwaniem dla Disneyowskich Imagineerów było to, że projekt Olafa jest, delikatnie mówiąc, wrogi prawom fizyki. Postacie z animacji mogą oszukiwać. Mają ogromne głowy na patykowatych szyjach, maleńkie stopy, które w jakiś sposób utrzymują chwiejny tułów, i chód, który stawia osobowość ponad błahe kwestie, takie jak grawitacja i pęd. Aby przenieść to do świata rzeczywistego, zespół musiał stworzyć robota, który potrafiłby nie tylko poruszać się jak postać, ale także przetrwać kontakt z rzeczywistością – a co ważniejsze, z ciekawskimi dziećmi.
Rozwiązania to mistrzowskie dzieło kreatywnej inżynierii. Ten ikoniczny marchewkowy nos? Utrzymywany jest przez magnes, więc po prostu nieszkodliwie odpada, zamiast stanowić zagrożenie. Całe ciało jest owinięte miękką pianką PU, zapewniając wbudowaną amortyzację. Ale prawdziwy geniusz tkwi w nogach – problemie, który wymagał całkowitego porzucenia konwencjonalnego projektowania robotyki.
Niezręczny chód geniuszu
Aby naśladować charakterystyczny chód Olafa, gdzie jego stopy wydają się ślizgać po jego kulistym ciele, inżynierowie Disneya opracowali parę asymetrycznych nóg o sześciu stopniach swobody, ukrytych całkowicie w spódnicy z pianki. Ten sprytny zabieg mechanicznej mistyfikacji tworzy iluzję niemożliwego ruchu postaci, jednocześnie mieszcząc potężne siłowniki potrzebne do stabilnej lokomocji.
Ten projekt daje Olafowi niewiarygodny zakres ekspresji. Nogi mogą wytwarzać ruch pionowy, pozwalając mu zmieniać wysokość i wyrażać emocje w sposób, który zazwyczaj wymagałby oddzielnego przegubu w talii. To eleganckie rozwiązanie, które pozwala na uzyskanie bogatszego charakteru przy użyciu mniejszej liczby, ale bardziej złożonych komponentów. Cały projekt mechatroniczny, od wieloprzegubowej szyi po skomplikowane połączenia oczu i szczęki, jest świadectwem dopasowania ogromnych możliwości do ograniczonej, ukierunkowanej na postać formy.
AI, która nasłuchuje tupania
Zbudowanie ciała to była tylko połowa sukcesu. Zaprogramowanie go – druga. Zamiast być pieczołowicie animowany ręcznie, ruchy Olafa są produktem uczenia wzmocnionego (RL), gdzie AI uczy się metodą prób i błędów w wirtualnym środowisku. Ale zespół Disneya dodał kluczowy zwrot akcji: wbudowali rzeczywiste, estetyczne problemy bezpośrednio w funkcję nagrody AI.
Dwoma największymi zabójcami wiarygodności robotów są hałas i ciepło. Stukający, tupiący robot nie sprawia wrażenia magicznego bałwanka. Aby to rozwiązać, inżynierowie nagradzali AI za cichsze kroki. Rezultatem było zdumiewające zmniejszenie głośności kroków, spadając z prawie 82 dB – dźwięku głośnego budzika – do znacznie subtelniejszych 64 dB.
Drugim problemem było ciepło. Siłowniki w cienkiej szyi Olafa, mające za zadanie podtrzymać bardzo dużą głowę, były narażone na przegrzanie, zwłaszcza gdy utrzymywał pozycję, w której patrzył w górę. Zatem zespół dodał temperaturę siłowników do celów uczenia się AI. System nauczył się wprowadzać subtelne, niemal niedostrzegalne korekty postawy, aby utrzymać temperatury w bezpiecznych granicach, skutecznie zapobiegając termicznemu stopieniu.
Więcej niż bałwanek
To, co Disney stworzył z Olafem, to więcej niż tylko najbardziej zaawansowana postać w parku rozrywki na świecie. To mapa drogowa dla przyszłości interakcji człowiek-robot. Pokazuje, że największe wyzwania nie zawsze polegają na uczynieniu robota silniejszym czy szybszym, ale na uczynieniu go bardziej wiarygodnym, bezpieczniejszym i bardziej świadomym własnych ograniczeń fizycznych oraz kontekstu społecznego.
Tłumacząc abstrakcyjne koncepcje, takie jak “nie bądź głośny” i “nie przegrzewaj się”, na matematyczne nagrody dla AI, Disney zasypał przepaść między surową inżynierią a odgrywaniem roli przez postać. Pionierskie techniki, które tu zastosowano, bez wątpienia ukształtują następną generację robotów zaprojektowanych do chodzenia wśród nas, czy to w parku rozrywki, czy na placu publicznym. Tak więc następnym razem, gdy zobaczycie Olafa, doceńcie uśmiech, ale z szacunkiem ukłońcie się genialnej, zarządzającej ciepłem, cicho stąpającej sztucznej inteligencji, która to wszystko umożliwia.
