Merancang 'otak' khusus untuk robot
Robot

Merancang ‘otak’ khusus untuk robot


Peneliti MIT telah mengembangkan cara otomatis untuk merancang perangkat keras khusus, atau “otak”, yang mempercepat operasi robot. Kredit: Jose-Luis Olivares, MIT

Robot masa kini bisa bergerak cepat. “Motornya cepat, dan bertenaga,” kata Sabrina Neuman.

Namun dalam situasi yang kompleks, seperti interaksi dengan manusia, robot seringkali tidak bergerak dengan cepat. “Penutupan itulah yang terjadi di kepala robot,” tambahnya.

Menyadari rangsangan dan menghitung respons membutuhkan “beban kapal komputasi”, yang membatasi waktu reaksi, kata Neuman, yang baru saja lulus dengan gelar Ph.D. dari MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL). Neuman telah menemukan cara untuk melawan ketidaksesuaian antara “pikiran” robot dan tubuh ini. Metode tersebut, yang disebut komputasi robomorphic, menggunakan tata letak fisik robot dan aplikasi yang dimaksudkan untuk menghasilkan chip komputer yang disesuaikan yang meminimalkan waktu respons robot.

Kemajuan ini dapat memicu berbagai aplikasi robotika, termasuk, berpotensi, perawatan medis garis depan bagi pasien yang menular. “Akan luar biasa jika kita bisa memiliki robot yang dapat membantu mengurangi risiko bagi pasien dan pekerja rumah sakit,” kata Neuman.

Neuman akan mempresentasikan penelitiannya pada Konferensi Internasional April ini tentang Dukungan Arsitektur untuk Bahasa Pemrograman dan Sistem Operasi. Rekan penulis MIT termasuk mahasiswa pascasarjana Thomas Bourgeat dan Srini Devadas, Profesor Teknik Elektro Edwin Sibley Webster dan Ph.D. penasihat. Rekan penulis lainnya termasuk Brian Plancher, Thierry Tambe, dan Vijay Janapa Reddi, semuanya dari Universitas Harvard. Neuman sekarang adalah postdoctoral NSF Computing Innovation Fellow di Harvard’s School of Engineering and Applied Sciences.

Ada tiga langkah utama dalam pengoperasian robot, menurut Neuman. Yang pertama adalah persepsi, yaitu mengumpulkan data menggunakan sensor atau kamera. Yang kedua adalah pemetaan dan pelokalan: “Berdasarkan apa yang mereka lihat, mereka harus membuat peta dunia di sekitar mereka dan kemudian melokalkan diri mereka sendiri di dalam peta itu,” kata Neuman. Langkah ketiga adalah perencanaan dan pengendalian gerak — dengan kata lain, merencanakan suatu tindakan.

Langkah-langkah ini dapat memakan waktu dan daya komputasi yang sangat besar. “Agar robot dapat ditempatkan di lapangan dan beroperasi dengan aman di lingkungan dinamis di sekitar manusia, mereka harus mampu berpikir dan bereaksi dengan sangat cepat,” kata Plancher. “Algoritme saat ini tidak dapat dijalankan pada perangkat keras CPU saat ini dengan cukup cepat.”

Neuman menambahkan bahwa para peneliti telah menyelidiki algoritme yang lebih baik, tetapi menurutnya peningkatan perangkat lunak saja bukanlah jawabannya. “Yang relatif baru adalah gagasan bahwa Anda mungkin juga menjelajahi perangkat keras yang lebih baik.” Itu berarti bergerak melampaui chip pemrosesan CPU edisi standar yang terdiri dari otak robot — dengan bantuan akselerasi perangkat keras.

Akselerasi perangkat keras mengacu pada penggunaan unit perangkat keras khusus untuk melakukan tugas komputasi tertentu dengan lebih efisien. Akselerator perangkat keras yang umum digunakan adalah unit pemrosesan grafis (GPU), sebuah chip yang dikhususkan untuk pemrosesan paralel. Perangkat ini berguna untuk grafik karena struktur paralelnya memungkinkan mereka memproses ribuan piksel secara bersamaan. “Sebuah GPU bukanlah yang terbaik dalam segala hal, tapi yang terbaik dari apa yang dibuatnya,” kata Neuman. “Anda mendapatkan kinerja yang lebih tinggi untuk aplikasi tertentu.” Sebagian besar robot dirancang dengan serangkaian aplikasi yang dimaksudkan dan karena itu dapat memanfaatkan akselerasi perangkat keras. Itulah mengapa tim Neuman mengembangkan komputasi robomorphic.

Sistem ini membuat desain perangkat keras yang disesuaikan untuk memenuhi kebutuhan komputasi robot tertentu dengan sebaik-baiknya. Pengguna memasukkan parameter robot, seperti tata letak tungkai dan bagaimana berbagai sambungannya dapat bergerak. Sistem Neuman menerjemahkan sifat-sifat fisik ini ke dalam matriks matematika. Matriks ini “jarang”, artinya matriks tersebut mengandung banyak nilai nol yang secara kasar sesuai dengan gerakan yang tidak mungkin dilakukan mengingat anatomi khusus robot. (Demikian pula, gerakan lengan Anda terbatas karena hanya bisa menekuk pada sendi tertentu — ini bukan mi spaghetti yang sangat lentur.)

Sistem kemudian merancang arsitektur perangkat keras yang dikhususkan untuk menjalankan kalkulasi hanya pada nilai bukan nol dalam matriks. Oleh karena itu, desain chip yang dihasilkan disesuaikan untuk memaksimalkan efisiensi untuk kebutuhan komputasi robot. Dan penyesuaian itu terbayar dalam pengujian.

Arsitektur perangkat keras yang dirancang menggunakan metode ini untuk aplikasi tertentu mengungguli unit CPU dan GPU siap pakai. Sementara tim Neuman tidak membuat chip khusus dari awal, mereka memprogram chip field-programmable gate array (FPGA) yang dapat disesuaikan sesuai dengan saran sistem mereka. Meskipun beroperasi pada clock rate yang lebih lambat, chip tersebut bekerja delapan kali lebih cepat dari CPU dan 86 kali lebih cepat dari GPU.

“Saya sangat senang dengan hasil itu,” kata Neuman. “Meskipun kami dilumpuhkan oleh clock speed yang lebih rendah, kami mengimbanginya dengan menjadi lebih efisien.”

Plancher melihat potensi luas untuk komputasi robomorphic. “Idealnya kami akhirnya dapat membuat chip perencanaan gerakan khusus untuk setiap robot, yang memungkinkan mereka dengan cepat menghitung gerakan yang aman dan efisien,” katanya. “Saya tidak akan terkejut jika 20 tahun dari sekarang setiap robot memiliki beberapa chip komputer khusus yang menjalankannya, dan ini bisa menjadi salah satunya.” Neuman menambahkan bahwa komputasi robomorphic memungkinkan robot untuk meringankan risiko manusia dalam berbagai pengaturan, seperti merawat pasien COVID-19 atau memanipulasi benda berat.

Neuman selanjutnya berencana untuk mengotomatiskan seluruh sistem komputasi robomorphic. Pengguna hanya akan menarik dan melepaskan parameter robot mereka, dan “di sisi lain muncul deskripsi perangkat keras. Saya pikir itulah hal yang akan mendorongnya melewati batas dan membuatnya sangat berguna.”


‘Hotel robot’ NASA mendapatkan penghuninya


Disediakan oleh Massachusetts Institute of Technology

Kisah ini diterbitkan ulang atas izin MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), situs populer yang meliput berita tentang penelitian, inovasi, dan pengajaran MIT.

Kutipan: Mendesain ‘otak’ khusus untuk robot (2021, 21 Januari) diambil pada 24 Januari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-01-customized-brains-robots.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Singapore Prize