恐龙是如何工作的

由:特蕾西诉威尔逊

Pleo:机器人圆顶龙
照片由Ugobe

用Ugobe首席技术官约翰·索索卡的话来说,今天的许多消费者机器人“真正庆祝自己是一个机器人……如果你看看Roboraptor或索尼AIBO,它们最酷的地方在于,它们是一个机器人。”还有尤戈贝(Ugobe)的新机器人生命形式Pleo。Pleo庆祝自己是恐龙。

机器人图片库

Pleo没有四四方方的身体和可见关节的四肢,而是像一个幼年圆顶龙。龙是一个蜥脚类动物或大型食草四足恐龙。圆顶龙大约生活在1.5亿年前的北美和欧洲。它们可以长到超过60英尺(18米)长,重约4万磅(18吨)。但这种从蛋中孵化出来的婴儿很小,大约和Pleo一样大。

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与真正的恐龙不同,Pleo并没有性别。索索卡说:“不一定是‘他’,(但‘他’对我来说很简单。”为了一致性,我们假设Pleo是男性,太。在它生命的最初5到10分钟里,Pleo就像一只刚孵化的幼崽一样,慢慢地睁开眼睛,适应.然后,在30到45分钟的时间里,他就像一个婴儿,慢慢地、试探性地探索并适应他周围的世界。在那之后,他就是未成年人了。它吃草、散步、嗅、玩、扭动身体。他探索世界,回应人们和其他Pleos,并与他的环境互动。

仅仅一层逼真的人造皮肤是不够的,要让这个过程看起来像真的而不是机械的。虽然Pleo和其他机器人有很多相同的组件,但它们一起工作的目的略有不同——创造生命的幻觉。他们不仅创造了一个功能性机器人,还创造了一个令人信服的小恐龙的代表。

在本文中,我们将探讨Pleo背后的技术。我们先来看看Pleo是如何形成的,以及为什么它看起来像圆顶龙而不是雷克斯霸王龙或犹他盗龙。

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一个龙宝宝

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圆顶龙:四条腿,长长的脖子,
照片由Ugobe

制作小恐龙的想法来自凯莱布·钟(Caleb Chung),他是Furby的共同发明者,也是Pleo的发明者之一。“(钟)创造了大量的……其他种类的产品,他一直想做一个恐龙,”索索卡说。下一步是确定恐龙的种类。索索卡解释说:“我们想做一只四足动物,因为它们更稳定。”

除了稳定性,Pleo还需要表达能力。Sosoka继续说:

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情感表达和互动的能力是我们想要做的关键事情之一。为了做到这一点,我们需要在恐龙身上找到一些特征……这将使人们更容易看到情绪。最厉害的是尾巴……如果狗有尾巴,你可以看到,当它们兴奋时,尾巴会向上翘,当它们害怕时,尾巴会在两腿之间垂下来……如果他们不确定,它就会慢慢地摇摆,然后他们决定,“哦,是的,没关系!”然后它就摇摆。

尾巴并不是设计师们选择创造圆顶龙的唯一原因。“它的脖子相对较长。很多恐龙没有真正的长脖子,”索索卡说。“然后它有一个相当大的头。Pleo的头更大……它并不是完美的缩放因为有很多东西要放进去。但是想要有尾巴,有一个大尺寸的头,一个长脖子,四足动物,让我们找到了这种特殊的恐龙。”

还有很多关于圆顶龙的研究资料。它们在北美很丰富,所以有很多圆顶龙的化石,包括婴儿和幼年的化石。索索卡说:“我们可以看到,这将是动物在大约两周大时的实际大小。”“所以它们从这个又大又圆的蛋里出来……当然,它们会长得很大,这个巨大的东西。所以通过选择这个和这个大小,这是真实的大小,如果你可以有一个舱口,在你的桌子或客厅里运行。”

一旦开发者决定了一个物种,下一步就是开发原型。我们将在下一节中看看Pleo是如何从想法变成现实的。

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Pleo原型

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Pleo的早期版本——
照片由Ugobe

从恐龙的想法到一个行走的模型需要很多,尤其是当我们的目标是让模型特别逼真的时候。“第一个想法……是一个关于如何创造更自然和基于角色的动画的想法,”索索卡说。“我们正在开发一个原型,看看这个想法是否真的有效……经过几个月的治疗,我终于学会了走路。我们有一个蓝色步行者和一个红色步行者,他们都很小,几乎像简笔画一样机器人是用普通的伺服器之类的东西做的。但当你看到它们动起来的时候,你会觉得很有表现力。”你可以在Pleo的视频中看到其中一个行尸。

下一步是将行走机器人的基本概念转化为行走的恐龙。这需要一个专家团队,而不仅仅是机器人领域的专家。索索卡说:“我们需要的很多东西都非常非常专业。”“我们有一个承包商大家庭……我们必须让不同的人从不同的地方飞过来。”开发Pleo的团队可能每天都在变化。“我们有特殊的AI天赋、传感器天赋和各种各样的东西……当你在外面的时候,你不知道你会遇到什么样的人。”

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很多专家都努力使Pleo看起来和听起来真实。Sosoka解释道:

根据你出现在实验室的时间,当我们为Pleo做声音时,你可能会看到一个重新编码的过程……然后我们有录音工程师和他们一起工作……还有像雕塑家这样的人,当我们知道哪种恐龙的基本概念时……一旦我们有了想要表现什么恐龙的想法,我们就有了一个雕塑家,他在拉布雷亚沥青坑和历史娱乐活动中创作各种恐龙雕塑……他一直在想办法让这幅画更逼真。

雕刻家创造了Pleo热塑性皮肤的物理纹理和形状。索索卡说:“他制作了所有这些小图案来凸显皮肤上的小疙瘩,他制作了所有这些不同的图案。”另一位专家创造了Pleo身上的颜色图案。索索卡解释说:“我们请来的另一个人是特效颜料精灵。

Pleo栩栩如生的特质还来自于它的移动方式。接下来我们将探讨Pleo行为的灵感来源。

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Pleo行为和运动

Pleo比真正的圆顶龙更顽皮一些。"width=
Pleo比真正的圆顶龙更顽皮一些。
照片由Ugobe

Pleo有很多程序来控制他的动作。他还可以结合编程的动作,根据他所处的环境创造新的动作。通过这种方式,他可以表现出他的行为和表达情绪的意图或目的。但这些行为并不一定反映了真正的圆顶龙会做什么。“我们对Pleo的目标不是成为一个典范……但我们希望在科学上尽可能准确,”索索卡说。

因此,Ugobe团队与古生物学家、动物学家和其他专家合作,为Pleo的行为创造了一个现实的基础,同时也让恐龙变得更有风度、更有趣。“(Caleb Chung)与一些科学家合作,试图更多地了解这种生物,以及它们如何生活,以及它们如何……感动和想法,他们可能听起来像什么,等等。”在这项研究中,研究小组还加入了人们可能喜欢宠物的品质。“有时候这个角色更像是一个而不是恐龙,”索索卡说,“我们在那里注入了更多的个性,但无论我们在哪里,我们都试图利用科学和我们对这种动物的理解。”

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无论是像恐龙还是狗一样,Pleo的行为都来自于人工智能。Sosoka解释道。“我们有一点记忆,有点像经典的人工智能,就像感知器或小神经元。基于Pleo的世界里发生的事情(他的价值观)内存改变。”

这些变化的值允许不同的Pleos根据他们的环境做出不同的行为。Sosoka继续说:

Pleo所要做的选择是基于实地采集的动物模型。我们可以对这些过程进行数字化建模,这就是我们如何获得一些对立的和简单的学习行为,Pleo可以展示。所以根据Pleo的经历,Pleo在未来会对刺激做出不同的反应。所以如果Pleo…总是被虐待或者如果他处在一个有很多可怕的事情发生的环境中,那么他就会变得不那么活跃,很难让他兴奋之类的事情。另一方面,如果你有一个经常被玩的Pleo,那么你知道当你和他一起玩的时候,他会更有表现力和快乐……他可能嚎叫,也可能唱歌。

这些对Pleo行为的改变不一定是永久性的。Sosoka解释道:“在我们的设计中,Pleo并没有完全长大。他在很小的时候就开始了,他几乎不知道你在触碰他的哪里,他开始理解自己的身体,然后移动。Pleo还没过少年年龄,所以他不会有那种习惯……在这方面,他仍然是可塑的。他仍然能够改变。”

伴随着Pleo的声音,这是通过两个播放演讲者在他的身体里,这些动作帮助Pleo传达从饥饿到快乐的情绪。接下来,我们将看看让Pleo有表现力地移动的一些细节。

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恐龙的感官系统

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恐龙的感知网络
照片由Ugobe

它需要14汽车来控制Pleo的动作。但是Pleo要做的不仅仅是漫无目的地闲逛。他的动作必须有目的性,他必须对人和物体做出反应。为了实现这一点,Pleo需要传感器——大量的传感器。

其中一些传感器是触摸传感器。索索卡解释说:“我们不想让你觉得你在寻找一个传感器或按下一个按钮或其他什么东西,所以我们做的一件事是我们放入八个电容传感器……电容式触摸传感器,比如有时在灯上……或者在你的iPod“找到使用这些传感器的方法是一个挑战。“如果你在滑雪,你要把iPod压在手套里,这是行不通的,因为这不是压力造成的。它实际上是与你体内的水结合。”

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这意味着Pleo的皮肤——虽然是为了让他看起来真实——可能会妨碍传感器。Sosoka说:

我们的想法是试着调整它们,这样你就可以和Pleo的皮肤只有一根毛之差,他就会察觉到你的触摸,就像他有一根细小的头发一样……嗯,事实证明,在像iPod或灯这样的东西上运行电容式传感器非常容易,但在移动和弯曲的皮肤下的东西上做电容式传感器非常困难,[而且]到处都有马达,所有这些电子干扰……所以我们花了很长时间才解决了这些干扰问题。

这些电容式传感器看起来像薄的金属条。它们分布在Pleo的腿、背部、肩膀、头部和下巴下方。除了这些传感器外,还有:

  • 红外线发射器/接收器
  • 两个麦克风位于恐龙真正的耳朵所在的位置
  • 一个颜色相机
  • 红外线干扰器,可以让他探测到嘴里不透明的物体
  • 倾斜/摇晃传感器,可以检测他的位置变化
  • 他脚底有地面传感器
  • 他腿上马达里的力反馈传感器

解读和回应所有这些输入需要一个网络处理器和电路。在下一页,我们将看看Pleo如何处理所有这些数据。

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恐龙的处理器

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Pleo的内部传感器和电路
照片由Ugobe

要让Pleo做出有目的的动作和声音,首先要处理它接收到的所有输入。八个触摸传感器是一个很大的信息来源。索索卡解释说:“每个(触摸传感器)都有专门的处理过程,可以在专用芯片内完成。”

Pleo的头部有一个单独的处理器,处理来自身体那部分区域的输入。索索卡描述了那里的处理能力:

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它是ARM7 32位微处理器,功能非常强大,速度非常快……该处理器负责管理通过Pleo的两个麦克风输入的声音,用于双耳听力。它还处理红外通信和红外目标检测,对于CMOS传感器,相机传感…它嘴里有个光干扰器,所以当我们把东西放进它嘴里…它(对红外光)是不透明的,Pleo可以感觉到它的存在。这个处理器还管理着他下巴下面和头顶上的两个触摸传感器。Pleo略大的头并不仅仅是为了外观。除了存储在头部的所有传感器和处理能力,头部还包含一个马达和一个变速箱来控制他的眼睛和嘴巴。

其他的处理器帮助把所有的输入转化为运动。Sosoka解释道:

它有四个8位的小型微处理器,而那些……是用来控制电机的。所以他们采用高级的运动描述,有点像运动的矢量格式,然后他们把它渲染成Pleo的实际运动。他们通过使用伺服电机系统来做到这一点。它们还做一些其他的家务,但主要是运行14个马达。

Pleo的最后一个微处理器是另一个ARM7 23位处理器,它控制着Pleo与外部世界的计算机数据的连接。“它处理SD卡,它处理USB,管理闪光数据,”Sosoka说。这个处理器也是Pleo的整个大脑。“它管理着与头部的对话,与电机控制器的对话,它处理着那里发生的所有其他事情。这就是Pleo的个性和行为存在的地方。”

在下一页,我们将看看Pleo的身体是如何执行这些指令的,我们将探索开发团队在Pleo的物理结构上工作时发现的一些挑战。

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Pleo的汽车,尾巴和脊椎

像大多数消费者机器人, Pleo继续电池.这些镍氢电池不灵活,而且它们占了很多空间,所以它们必须装在Pleo身体最大的部分——他的腹部。这使得现实的运动成为一个挑战。Sosoka解释道:

当你走在你的狗后面时,它们会形成这样的s曲线。它们前后摇摆,能这样移动真的很吸引人。当你把一个枢轴放在机器人的正中间时,你就失去了这个可以放电路板、电池和其他所有东西的大空间。

其结果是一个可拆卸的电池组,不会干扰Pleo背部中间的支点。该电池组使用镍金属氢化物(NiMH)电池,充电时间为4小时,电池寿命为1小时。

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另一个挑战是Pleo的尾巴,它是情绪表现的核心。诀窍是让尾巴在保持结实的同时可以移动。索索卡描述了尾巴的运动:

这里有结实的钢丝,就像一个小木偶。它们控制着尾巴。有四根线,水平的和垂直的相对。你可以做任何组合,把尾巴卷起来。所以这些电线很结实…想象一下,在所有的椎骨里面都有一块尼龙。我们抓住了它的两端这样它就能吸收一些张力。

马达根据他的指令移动这些电线处理器.这些马达还能移动Pleo的头、脖子和腿。离合器他腿上的力反馈传感器帮助保护他的部件,并对他遇到的障碍做出反应。“Pleo的所有马达都装有离合器,这样当他脚着地时,他的脚会有一点松动。它们不能传递所有的压力。这些抓手也让Pleo知道你在弄(它的腿),然后它就会大叫或跛行,”索索卡说。

Pleo具有探索和学习环境的能力。但Pleo也有编程和定制的能力。我们将在下一页看到这是如何工作的。

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定制恐龙

Pleo在玩一片训练树叶。在未来的Pleo版本中,人们可能会使用训练叶来教Pleo技巧。"width=
Pleo在玩一片训练树叶。在未来的Pleo版本中,人们可能会使用训练叶来教Pleo技巧。
照片由Ugobe

Pleo的人工智能在他的背景下工作操作系统,生命系统。由于Life OS的功能——其中一些将在Pleo软件更新中实现——人们有机会改变Pleo的声音和行为方式。据索索卡说,总的目标是“让很多人实现他们的愿景和梦想……我们花了大量时间去寻找让人们更容易表达他们关于Pleo这样的生物应该如何行动的想法或围绕着它创造自己的体验的方法。”

Pleo的基本理念是,教育者、表演者和爱好者可以使用一种被称为SD卡的数字存储设备来定制Pleo。有了SD卡和读卡器,你可以创建程序和声音,并将它们从电脑一个恐龙。Sosoka说:

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Pleo可以发出很多声音来回应不同的活动……它们是声音命令,可以变成很多不同的声音。[这些命令有]id,所以我们做的一件事就是让你在你的电脑上记录WAV文件,并给它起正确的名字…[并保存为]正确的文件类型。然后,如果你把这个文件放在SD卡上,然后把它插入Pleo,你的Pleo会像以前一样运行,除了每当你通常会听到Pleo的原始声音时,Pleo会播放任何WAV文件。所以当Pleo用他的声音(发出恐龙的声音)来吸引你的注意或试图让你喂他吃东西时,你可以录下一些完全不同的声音……无论你想做什么。“我要一个汉堡”,或者“给我一个牛角面包”。

Pleo即将推出的另一种定制方法包括编写一个简单的计算机程序并将其保存到SD卡上。使用Pawn脚本语言,它就像一个简单版本的C编程语言,人们将能够创建自己的Pleo控件。这些能力将成为Pleo开发者工具包(PDK)的一部分。

这些功能中的许多将会随着现有Pleos的固件升级而出现。用户将能够从Pleo网站下载升级,并将他们转移到他们的Pleo使用USB连接。这些升级将直接传输到Pleo的内存中,但用户的修改,如新的程序和声音,将从SD卡中播放。

这些都是Pleo和Ugobe未来的发展方向。该公司尚未透露其下一个机器人项目,但据索索卡说,“它将与Pleo有很大不同……Pleo有很大的空间供我们探索,终端用户也可以探索,所以我们可以让这个空间成熟起来。我们会对下一个生命形式做一些事情,将在一个非常不同的空间。”

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更多的信息

相关文章

更大的链接

  • Pleo的世界:发现Pleo。http://www.pleoworld.com/discover
  • Sosoka,约翰。个人面试。10/3/2007进行。
  • Stemmerman,茱莉亚。个人通信。10/12/2007。

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