為了處理不同的現(xiàn)實(shí)世界任務(wù)，機(jī)器人應(yīng)該能夠處理和操縱各種物體和材料，包括紙張。雖然機(jī)器人已經(jīng)成功地提高了類人機(jī)器人或機(jī)器人抓手處理多種材料的能力，但折紙仍然是機(jī)器人社區(qū)中一個(gè)很少探索的話題。

    加州大學(xué)洛杉磯分校 (UCLA) 的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)近創(chuàng)建了一個(gè)新的計(jì)算框架，允許機(jī)器人處理折紙和東方折紙藝術(shù)。該框架在arXiv上預(yù)發(fā)表的一篇論文中介紹，將深度學(xué)習(xí)算法與物理模擬相結(jié)合。
    “雖然在可變形材料處理方面已經(jīng)有相當(dāng)多的機(jī)器人研究，但紙張的操縱一直是一個(gè)相對(duì)未被探索的話題，盡管紙張?jiān)谌粘Ｉ钪袩o處不在，”進(jìn)行這項(xiàng)研究的兩位研究人員德中通和安德魯蔡說，告訴 Tech Xplore。
    “關(guān)于這個(gè)主題的兩項(xiàng)相關(guān)的研究是由芬蘭阿爾托大學(xué)和德國比勒費(fèi)爾德大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的。項(xiàng)涉及比紙張更容易操作的織物，而第二項(xiàng)則側(cè)重于折疊紙，但開發(fā)了一個(gè)復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)，涉及計(jì)算繁重的類人操縱器?！?br>    Tong、Choi 和他們的同事近開展的工作是由于缺乏直接有效的機(jī)器人折紙系統(tǒng)。因此，該團(tuán)隊(duì)的主要目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單但有前途的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以使用單個(gè)機(jī)器人操縱器折疊紙張。
    研究人員提出的機(jī)器人控制策略從物理角度“教”機(jī)器人行為，使它們能夠更好地處理涉及物理洞察力操縱的任務(wù)。更具體地說，該團(tuán)隊(duì)在涉及紙張折疊物理模擬的離線環(huán)境中訓(xùn)練了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)。在訓(xùn)練過程中，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)了紙張?jiān)诓煌锢砦恢檬艿讲煌ノ諘r(shí)的“行為”。

    “訓(xùn)練數(shù)據(jù)完全是通過基于物理的計(jì)算機(jī)模擬生成的，”Tong 和 Choi 解釋道?！半S后，經(jīng)過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線實(shí)時(shí)地快速做出預(yù)測(cè)，從而產(chǎn)生操作軌跡。另一個(gè)關(guān)鍵的創(chuàng)新是我們使用縮放分析（一種從數(shù)學(xué)物理學(xué)中采用的技術(shù)）對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)進(jìn)行無量綱化。 “

    硬（卡）紙的半谷折疊。(a) 直觀的基線操作嚴(yán)重失敗，因?yàn)榧垙埖膭偠葘?dǎo)致折疊過程中過度滑動(dòng)。(b) 我們的開環(huán)控制算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)基線的顯著改進(jìn)，滑動(dòng)。(c) 我們的閉環(huán)控制算法實(shí)現(xiàn)了近乎完美的折疊。圖片 等人。
    在本文中，術(shù)語“無量綱化”是指通過數(shù)學(xué)物理技術(shù)使輸入和輸出獨(dú)立于它們的單位。無量綱量是無單位的。因此，改變系統(tǒng)的單位不會(huì)影響分析。
    在本研究的背景下，這個(gè)過程具有顯著的優(yōu)勢(shì)。它改進(jìn)了控制框架的通用性，允許機(jī)器人折疊不同厚度或不同幾何形狀的紙張，而無需針對(duì)每種紙張類型進(jìn)行培訓(xùn)。
    另外，無量綱化降低了折紙問題的“維度”。換句話說，它可以更輕松地訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)提高其實(shí)時(shí)性能。
    “鑒于許多可變形物體的高度非線性行為，機(jī)器人一直在努力開發(fā)有效的方法來控制機(jī)器人，以滿足現(xiàn)實(shí)世界的操作任務(wù)，例如折紙，”Tong 和 Choi 說。
    “我們工作的一個(gè)令人興奮的發(fā)現(xiàn)是，機(jī)器學(xué)習(xí)算法和基于物理的縮放分析是互補(bǔ)的，并且對(duì)于機(jī)器人可變形物體操縱的目的非常有效。一方面，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)物理模型在處理物體時(shí)會(huì)遇到難以處理的計(jì)算成本例如紙張，從而導(dǎo)致在線控制不可行。另一方面，天真地使用機(jī)器學(xué)習(xí)來緩解問題導(dǎo)致控制方案僅適用于訓(xùn)練數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的場(chǎng)景（即，即使被操縱的可變形物體的材料被修改）?！?br>    這組研究人員近的工作強(qiáng)調(diào)了在解決現(xiàn)實(shí)世界的機(jī)器人對(duì)象操作問題時(shí)將縮放分析與深度學(xué)習(xí)相結(jié)合的價(jià)值。他們的初步發(fā)現(xiàn)在準(zhǔn)確性和效率方面都非常有前途。
    未來，Tong、Choi 和他們的同事創(chuàng)建的框架可以幫助顯著增強(qiáng)機(jī)器人的物體操縱能力。例如，它可以讓他們以先進(jìn)的方式處理更廣泛的物體，包括紙張和其他可變形材料制成的物品。
    “據(jù)我們所知，我們的框架是個(gè)利用這種協(xié)同方法的框架，我們相信它可以廣泛用于各種可變形操作任務(wù)，例如電纜管理、打結(jié)、機(jī)器人剪紙等，”Tong 和 Choi添加?！拔覀兿Ｍ麛U(kuò)展我們的工作以涵蓋更復(fù)雜的折疊任務(wù)，例如機(jī)器人折紙。一個(gè)有趣的目標(biāo)是讓機(jī)器人能夠?qū)⒁粡埣堈郫B成不同的結(jié)構(gòu)，例如紙飛機(jī)、紙青蛙等?！?br>