Valljuk be őszintén. Amikor először meglátta a Disney szabadon kószáló Olaf robotjáról készült videót, valószínűleg azt gondolta, hogy ez csak egy újabb ügyes animatronikus figura, egy bájos, de végső soron egyszerű trükk a vidámparki színházból. Láttunk már animatronikus robotokat, és bár lenyűgözőek, gyakran csak drágább zsinóron rángatott bábok. Ahogy korábban már érintettük, {< crosslink “b587b27a-9fc5-47a7-bb23-8c1504fefdc0” >}, több van ebben a hóemberben, mint elsőre látszik.
A Disney Research nemrégiben publikált, “Olaf: Bringing an Animated Character to Life in the Physical World” című tanulmányának köszönhetően most már a kezünkben van annak az elképesztően komplex mérnöki munkának a tervrajza, amely a vidám, havas külső alatt rejtőzik. Ez nem csak egy báb; ez egy 14,9 kg-os, 88,7 cm magas mechatronikai csoda, 25 szabadságfokkal, amelyet egy kifinomult AI vezérel, és amely megtanult járni, érzelmeket kifejezni, és ami a leglenyűgözőbb, nem megolvasztani önmagát. Feledjük a meleg öleléseket; az igazi varázslat a hőmenedzsmentben rejlik.
A fizika törvényeinek ellenszegülő dizájn
A Disney Imagineers mérnökei számára az alapvető kihívás az volt, hogy Olaf dizájnja, finoman szólva, ellenszegül a fizika törvényeinek. Az animált karakterek csalhatnak. Hatalmas fejük van vékony nyakakon, apró lábaik valahogy megtartanak egy inogó törzset, és a járásuk a személyiséget helyezi előtérbe az olyan apró aggodalmak, mint a gravitáció és a lendület felett. Ahhoz, hogy mindezt a valóságba átültessék, egy olyan robotot kellett létrehozniuk, amely nemcsak úgy mozog, mint a karakter, hanem túléli a valósággal való érintkezést – és ami még fontosabb, a kíváncsi gyerekekkel való találkozást.
A megoldások a kreatív mérnöki munka mesterművei. Az ikonikus répaorr? Mágnes tartja, így ártalmatlanul lepattan, ahelyett, hogy veszélyforrássá válna. Az egész test puha PU habba van burkolva, beépített ütközőként funkcionálva. De az igazi zsenialitás a lábakban rejlik, amihez a hagyományos robotikai tervezést teljesen félre kellett tenni.
A zsenialitás esetlen járása
Ahhoz, hogy Olaf jellegzetes tipegését, ahol a lábai mintha csak csúsznának gömbölyű testén, utánozzák, a Disney mérnökei egy pár aszimmetrikus, hat szabadságfokú lábat fejlesztettek ki, amelyek teljesen elrejtve vannak egy habszoknya alatt. Ez az ügyes mechanikai trükk megteremti a karakter lehetetlen mozgásának illúzióját, miközben otthont ad a stabil mozgáshoz szükséges erős aktuátoroknak.
Ez a dizájn hihetetlen kifejezőképességet biztosít Olafnak. A lábak vertikális mozgást is produkálhatnak, lehetővé téve, hogy változtassa a magasságát, és úgy fejezzen ki érzelmeket, amihez általában külön derékízületre lenne szükség. Ez egy elegáns megoldás, amely több karaktert zsúfol kevesebb, komplexebb alkatrészbe. Az egész mechatronikai dizájn, a többízületes nyaktól az aprólékos szem- és állkapocs-összeköttetésekig, bizonyíték arra, hogy hatalmas képességeket lehet belezsúfolni egy korlátozott, karakterközpontú formavilágba.
Egy AI, ami fülel a dobogásra
A test megépítése csak a csata fele volt. A programozása volt a másik fele. Ahelyett, hogy aprólékos kézi animációval készült volna, Olaf mozgásai a megerősítéses tanulás (RL) eredményei, ahol egy AI próbálgatással tanul egy virtuális környezetben. A Disney csapata azonban egy kulcsfontosságú csavart is bevetett: valós, esztétikai problémákat sütöttek bele közvetlenül az AI jutalmazási funkciójába.
A robotok hihetőségének két legnagyobb gyilkosa a zaj és a hő. Egy csörömpölő, dobogó robot nem kelti egy varázslatos hóember érzetét. Ennek megoldására a mérnökök jutalmazták az AI-t a halkabb léptekért. Az eredmény a lépések hangerejének megdöbbentő csökkenése volt, ami közel 82 dB-ről – egy hangos ébresztőóra zajáról – egy sokkal finomabb 64 dB-re esett vissza.
A másik probléma a hő volt. Olaf vékony nyakában lévő aktuátoroknak, amelyeknek egy nagyon nagy fejet kellett megtartaniuk, fennállt a túlmelegedés veszélye, különösen, ha olyan pózban tartották, ahol felfelé néz. Ezért a csapat hozzáadta az aktuátor hőmérsékletét az AI tanulási céljaihoz. A rendszer megtanult finom, szinte észrevehetetlen korrekciókat tenni a testtartásán, hogy a hőmérsékletet biztonságos határok között tartsa, hatékonyan megelőzve a hőösszeomlást.
Több mint egy hóember
Amit a Disney Olaffal alkotott, az több, mint a világ legfejlettebb vidámparki karaktere. Ez egy útiterv az ember-robot interakció jövőjéhez. Megmutatja, hogy a legnagyobb kihívások nem mindig arról szólnak, hogy egy robot erősebb vagy gyorsabb legyen, hanem arról, hogy hihetőbb, biztonságosabb és tudatosabb legyen saját fizikai korlátaival és társadalmi környezetével kapcsolatban.
Azáltal, hogy az olyan absztrakt fogalmakat, mint a “ne légy zajos” és a “ne melegedj túl”, matematikai jutalmakká alakította egy AI számára, a Disney áthidalta a szakadékot a nyers mérnöki munka és a karakteres előadásmód között. Az itt úttörőnek számító technikák kétségkívül formálják majd a robotok következő generációját, amelyeket arra terveztek, hogy köztünk járjanak, legyen szó vidámparkról vagy nyilvános térről. Tehát legközelebb, amikor meglátja Olafot, élvezze a mosolyt, de tisztelettel adózzon annak a zseniális, hőt szabályozó, halk lépésű AI-nak, ami mindezt lehetővé teszi.
