Cientistas treinaram um cão robótico para jogar badminton – ele é autodidata, mas até agora joga em nível amador

Um grupo de cientistas da ETH Zurique, liderado pelo especialista em robótica Yuntao Ma, apresentou um robô capaz de jogar badminton. O robô ANYmal se parece com uma girafa em miniatura com uma raquete “nos dentes” e é baseado em um robô industrial de quatro patas projetado para trabalhar na indústria de petróleo e gás da ANYbotics. O ANYmal pesa cerca de 50 kg, seu corpo tem menos de um metro de comprimento e menos de 50 centímetros de largura.

Fonte da imagem: ETH Zurich

O robô é equipado com um manipulador com vários graus de liberdade, no qual uma raquete de badminton é fixada. O rastreamento do voo da peteca e o monitoramento do ambiente são realizados por meio de uma câmera estereoscópica. Segundo os desenvolvedores, o desenvolvimento do robô levou cerca de cinco anos.

O sistema de controle do ANYmal foi desenvolvido utilizando técnicas modernas de aprendizado por reforço para modelos de IA. “Em vez de construir modelos avançados, simulamos o robô em um ambiente virtual e o deixamos aprender a se mover sozinho”, explicou Ma. O treinamento foi dividido em blocos repetidos, cada um dos quais exigia que o robô previsse a trajetória de uma peteca e tentasse devolvê-la. Durante esse processo, o ANYmal, como um atleta de verdade, também aprendeu os limites de suas capacidades físicas.

O treinamento se concentrou no desenvolvimento da coordenação olho-mão semelhante à de atletas humanos. Um modelo perceptual baseado em dados de câmera em tempo real ensinou o robô a manter a peteca em seu campo de visão, apesar de interferências e erros de rastreamento. “Imagine o robô se posicionando para receber a peteca”, disse Ma. “Se ele estiver se movendo lentamente, as chances de sucesso são baixas. Se estiver se movendo rápido, a trepidação da câmera aumenta o erro de rastreamento. É uma compensação, e queríamos que ele aprendesse a lidar com isso.”

Por meio do aprendizado por reforço, o robô aprendeu os princípios do posicionamento correto na quadra. Aprendeu que, após uma rebatida bem-sucedida, a melhor estratégia era retornar ao centro da quadra em direção à linha de fundo. O ANYmal aprendeu a se apoiar nas patas traseiras para enxergar melhor a peteca que se aproximava, aprendeu a evitar quedas e a avaliar a razoabilidade dos riscos, dada sua velocidade limitada. Também se absteve de tentativas obviamente fadadas ao fracasso, reduzindo assim a probabilidade de lesões.

Resultados de partidas reais com pessoas mostraram que o ANYmal ainda é apenas um jogador amador de badminton. Seu tempo de reação era de cerca de 0,35 segundos, enquanto uma pessoa média reage em 0,2 a 0,25 segundos, e jogadores de elite com reflexos treinados e memória muscular desenvolvida reduzem esse tempo para 0,12 a 0,15 segundos. Outro problema é o campo de visão limitado da câmera do robô.

Os cientistas planejam continuar a desenvolver as habilidades do ANYmal. Em particular, pretendem reduzir o tempo de reação, prevendo a trajetória da peteca com base na postura do oponente antes do golpe. Eles também planejam equipar o robô com câmeras mais avançadas com latência ultrabaixa. Os acionamentos do manipulador também precisarão de modernização.

O robô jogador de badminton em si é mais uma curiosidade do que um dispositivo prático. No entanto, as lições aprendidas durante o processo de desenvolvimento podem ser aplicadas a uma variedade de tarefas. “Acredito que a arquitetura de aprendizagem que propomos será útil em qualquer aplicação que necessite equilibrar percepção e controle, como pegar objetos, pegá-los e arremessá-los”, concluiu Ma.