Mercredi, au Conférence internationale IEEE/RSJ 2023 sur les robots et systèmes intelligents (IROS)à Détroit, un Recherche Disney L’équipe a présenté un tout nouveau personnage robotique lors de son discours d’ouverture en soirée. L’adorable robot renferme une énorme quantité d’expression dans son corps de taille enfant, depuis sa tête très expressive et ses deux antennes ondulées jusqu’à ses petites pattes tronquées. Mais ce qui distingue ce robot des autres petits bipèdes, c’est comment il marche – il est plein de personnalité, émouvant lorsqu’il se déplace d’une manière qui lui donne une apparence particulièrement vivante.
Programmer des robots pour qu’ils se déplacent de manière émotionnelle est un domaine dans lequel Disney est un expert, depuis 1971, avec sa salle animatronique des présidents à Disney World. À mesure que les robots sont devenus plus avancés et plus mobiles, il est devenu difficile pour les concepteurs et les animateurs de robots de développer des comportements émotifs qui tirent parti du matériel robotique et soient compatibles avec celui-ci dans des contraintes du monde réel. Disney Research a passé l’année dernière à développer un nouveau système qui exploite l’apprentissage par renforcement pour transformer la vision d’un animateur en mouvements expressifs suffisamment robustes pour fonctionner presque n’importe où, qu’il s’agisse d’une scène à l’IROS, d’un parc à thème Disney ou d’une forêt en Suisse.
Recherche Disney
Ce robot particulier a été développé par une équipe dirigée par Moritz Bacher depuis Recherche Disney à Zurich. Il est principalement imprimé en 3D, à l’aide de matériel et d’actionneurs modulaires qui ont permis une conception et une itération rapides, passant du concept à ce que vous voyez dans la vidéo ci-dessus en moins d’un an. Il possède une tête à quatre degrés de liberté (capable de regarder vers le haut, le bas, autour et l’inclinaison), ainsi que des jambes à cinq degrés de liberté avec des articulations de hanche qui lui permettent de marcher tout en s’équilibrant dynamiquement.
“La plupart des roboticiens s’efforcent de faire marcher leurs robots bipèdes de manière fiable”, déclare un chercheur scientifique de Disney. Morgane Pape, qui a aidé à présenter le robot sur scène. “Chez Disney, cela pourrait ne pas suffire : nos robots devront peut-être se pavaner, caracoler, se faufiler, trotter ou serpenter pour transmettre l’émotion dont nous avons besoin.” Disney a des animateurs experts dans la manière de faire en sorte que les personnages transmettent toutes ces émotions (et bien plus encore) à travers le mouvement, ainsi que des roboticiens experts dans la construction de systèmes mécaniques. “Ce que nous essayons d’apporter à ce type de robots est né de notre histoire en matière d’animation de personnages”, explique Michael Hopkins, ingénieur R&D principal chez Disney. «Nous avons un animateur intégré dans notre équipe et, ensemble, nous sommes en mesure de tirer parti de ses connaissances et de notre expertise technique pour créer la meilleure performance possible.»
Morgane Pape [left] et Moritz Bächer présentent le nouveau robot à l’IROSEvan Ackerman
Créer un personnage robotique efficace nécessite que les animateurs et les roboticiens combinent leurs talents, un processus qui peut prendre du temps et implique beaucoup d’essais et d’erreurs pour s’assurer que le robot peut transmettre l’intention artistique des animateurs sans tomber. « En général, les outils d’animation ne intègrent pas de physique », explique Bächer. “Il est donc difficile pour les artistes de concevoir des animations qui fonctionneront dans le monde réel.”
« Il ne s’agit pas seulement de marcher », ajoute Pope. « La marche est l’un des intrants du système d’apprentissage par renforcement, mais l’autre intrant important est comment ça marche.
Morgan Pope de Disney a aidé à présenter le nouveau personnage robotique à l’IROS.Evan Ackerman
Pour combler cette lacune, Disney Research a développé un pipeline basé sur l’apprentissage par renforcement qui s’appuie sur la simulation pour combiner et équilibrer la vision d’un animateur avec des mouvements robotiques robustes. Pour l’animateur, le pipeline s’occupe essentiellement de mettre en œuvre les contraintes du monde physique, lui permettant de développer des mouvements très expressifs tout en s’appuyant sur le système pour rendre ces mouvements réels ou s’en rapprocher autant que possible physiquement pour le robot. Le pipeline de Disney peut former un robot à un nouveau comportement sur un seul PC, exécutant ce qui équivaut à des années de formation en quelques heures seulement. Selon Bächer, cela a permis de réduire le temps nécessaire à Disney pour développer un nouveau personnage robotique, passant de plusieurs années à quelques mois seulement.
Un grand avantage de l’apprentissage par renforcement dans ce contexte est que les mouvements qui en résultent peuvent être très robustes. Le système de Disney est capable d’entraîner des mouvements encore et encore tout en apportant de légers changements à des éléments tels que les performances du moteur, la répartition de la masse et la friction entre le robot et le sol. Le système garantit que, quelles que soient les rencontres du robot dans le monde réel, il saura non seulement comment se gérer lui-même, mais aussi comment se gérer lui-même. tout en étant toujours ému, ce qui est essentiel pour que le robot conserve son caractère. «C’est un défi pour les techniques traditionnelles», déclare Rubén Grandia, chercheur scientifique associé à Disney Research. « Normalement, vous devez programmer manuellement ce point de transition. Mais si vous rassemblez tout dans une simulation et que vous le perturbez pendant qu’il essaie de se déplacer et de s’animer, il peut déterminer ce point par lui-même, ce qui a abouti à des stratégies de récupération que nous voyons de ce robot que nous n’aurions aucune idée de comment programmer. .»
Les robots sociaux existent depuis des décennies, et même les robots qui ne sont pas explicitement conçus pour l’interaction sociale possèdent généralement certaines fonctionnalités d’interaction homme-robot s’ils sont susceptibles de passer du temps avec des gens. Mais l’interaction homme-robot peut parfois être une réflexion secondaire pour les robots conçus principalement dans un souci de fonctionnalité. Avec ses robots, Disney a montré à quel point un robot est capable de communiquer personnage sans sacrifier la fonctionnalité, et cela peut être utile dans robotique plus généralement.
“Dans les situations où les humains et les robots sont proches les uns des autres, transmettre des émotions et des intentions peut être un élément important”, explique Georg Wiedebach, imagineur R&D senior chez Disney. “Je pense donc que cela peut également être utile dans d’autres applications où les robots travaillent à côté des personnes.”
Les participants à IROS rencontrent le robot Disney.Evan Ackerman
Bien qu’il soit facile de se concentrer sur ce robot en particulier (regardez comme il est mignon !), les chercheurs soulignent que ce qui est important ici n’est pas le robot, mais le processus. « L’idée est qu’il s’agit d’une plate-forme indépendante du matériel », explique Bächer. « Donc, si nous voulions ajouter plus de jambes, ou ajouter des bras, ou créer un tout nouveau personnage avec une morphologie complètement différente, nous pouvons rapidement lui apprendre de nouveaux comportements. Les actionneurs disponibles dans le commerce, les composants imprimés en 3D, notre cadre d’apprentissage par renforcement adaptable : tout cela peut être appliqué à des robots dont l’apparence et les mouvements sont très différents. Ce robot est une première étape prometteuse dans ce voyage.
Les prochaines étapes du parcours de Disney consistent à utiliser cette technique pour développer des personnages robotiques plus physiques et à repousser les limites de ce qui est possible avec des mouvements plus rapides et plus dynamiques. “Nous voulons voir ce qui se passe lorsque nous atteignons ces limites”, déclare un chercheur scientifique de Disney. Noeud de tremble“et apprenez ce que nous pouvons faire à ces limites.”
L’équipe de Disney Research qui a créé le nouveau robot est [from left] Moritz Bacher, Georg Wiedebach, Michael Hopkins, Ruben Grandia et Morgan Pope.Evan Ackerman
En ce qui concerne ce robot, le personnage n’a pas de nom officiel et Disney n’est pas prêt à commenter où nous pourrions le voir. Mais en fonction de son apparence et de son son, nous avons quelques suppositions. Et ce petit robot n’est que le début : maintenant qu’ils sont beaucoup plus faciles à créer, nous espérons voir beaucoup plus de ces personnages robotiques expressifs de Disney.
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