Инженерите от Walt Disney Imagineering представят създаването на една от най-новите си технологични атракции: реална триизмерна версия на Олаф, забавния снежен човек от „Замръзналото кралство“. Роботът наподобява анимационния герой и разполага с подвижен морковен нос, който може да се отделя. Този детайл е проектиран както за безопасност, така и за забавление на децата.

Създаването на този персонаж е значително по-сложно от разработването на стандартни хуманоидни роботи. Обикновено двукраките роботи разчитат на симетрично разпределение на теглото за баланс, но Олаф се отличава с напълно различна конструкция.

Олаф има голяма и тежка глава върху изключително тънка структура, две „плаващи“ снежни топки вместо крака и ръце, тънки като клони. Тази необичайна анатомия създава предизвикателства за инженерите по отношение на баланса, механиката и топлинното управление.

Освен това роботът трябва да предаде характерната анимационна „душа“ на героя чрез движенията си, което остава едно от най-големите предизвикателства в съвременната роботика. Както отбелязва инженерът Дейвид Мюлер от Walt Disney Imagineering в нова научна публикация за проекта: „Не става въпрос просто за копиране на анимацията, а за пресъздаване на намерението на създателите.“

Роботът ще взаимодейства с посетителите, когато тематичната зона World of Frozen отвори официално в Disneyland Paris на 29 март.

Sprout е малък, дружелюбен хуманоиден робот, проектиран да взаимодейства с хората

Необичайна анатомия

Роботът Олаф е с височина около 88 сантиметра и тегло приблизително 15 килограма. Външният му слой е изработен от специални влакна с преливащ ефект, които имитират начина, по който снегът отразява светлината – характерен визуален ефект за анимационния персонаж.

Най-голямото инженерно предизвикателство обаче е скриването на краката на робота. В анимацията те изглеждат като две снежни топки, които просто се плъзгат под тялото му. За да пресъздадат този ефект в реалния свят, инженерите са били принудени да изоставят традиционните принципи в дизайна на роботи.

Инженерите създават асиметрична конструкция на краката с шест степени на свобода. Двата крака са изградени огледално, но с противоположни конфигурации: левият има мотор на бедрото, насочен назад, и коляно, насочено напред, а десният – обратното. Тази архитектура предотвратява сблъсъка на механичните стави в ограниченото пространство на тялото.

Вътрешната механика е скрита под гъвкава полиуретанова обвивка, която наподобява снежна топка, но е достатъчно еластична, за да позволява на робота по-широки коригиращи движения при загуба на баланс.

Поради ограниченото пространство в тялото инженерите не могат да поставят мотори в раменете. Вместо това те са монтирани в торса, а ръцете се движат чрез специална механична система от пет свързани елемента, която предава движението към ставите.

Ръцете, веждите, косата и емблематичният морковен нос са закрепени с магнити. Това позволява лесно откачане при падане, предпазва механиката от повреди и създава възможност за комични моменти по време на представления.

Ако роботите и хората воюват с юмруци - пердахът ни е гарантиран

Изкуствен интелект, който учи как да ходи

Създаването на необичайната механична структура не е достатъчно – роботът трябва да се движи като героя от филма. За да постигне характерната леко тромава походка на Олаф, екипът използва reinforcement learning – метод на изкуствения интелект, при който алгоритъмът се учи чрез проби и грешки.

В компютърна симулация системата използва оригиналните анимационни файлове от Walt Disney Animation Studios и сама открива как да управлява моторите, за да поддържа баланс и да възпроизвежда движенията, без роботът да пада. Чрез множество виртуални експерименти алгоритъмът открива точните математически модели за управление на движението.

Как да не се „разтопи“ роботът

Голямата глава на Олаф създава допълнителен проблем – прегряване. Тя се управлява от малки мотори, разположени в тясна и силно изолирана конструкция.

За да предотвратят повреди, инженерите добавят към симулацията термичен модел, който следи температурата на отделните компоненти. Изкуственият интелект получава „награда“, когато движенията поддържат температурите в безопасни граници.

Ако моторите във врата се доближат до критичната температура от около 80°C, алгоритъмът автоматично променя позата на Олаф, така че да намали натоварването върху механизмите и да позволи охлаждане – без да нарушава естественото поведение на героя.

По-тихи роботизирани стъпки

Първите тестове разкриват още един проблем – шумът от стъпките. Роботите обикновено стъпват по-твърдо за стабилност, но това би нарушило илюзията за лек снежен човек.

Затова екипът добавя нов параметър в алгоритъма – намаляване на удара при стъпване. Софтуерът се научава да забавя крака точно преди контакта със земята, което намалява шума от стъпките с около 13.5 децибела.

В резултат Олаф се движи значително по-тихо, като запазва характерната си походка.

Tesla има Optimus, но нейният китайски конкурент създава Iron – робот, „достатъчно мекичък“, за да го прегърнеш

Роботът е в ролята, а човекът режисира

Въпреки че изкуственият интелект управлява движенията и баланса, представянето на героя все пак се контролира от човек. Оператор извън сцената активира определени жестове или реплики, а AI системата автоматично ги интегрира в текущото движение.

Резултатът е робот, който изглежда изненадващо жив и естествен – доказателство за напредъка на роботиката в съчетание с изкуствен интелект и анимационен дизайн.