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Les accélérateurs matériels peuvent considérablement améliorer les temps de réponse des robots – High-teK.ca

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(Crédit : onurdongel/Getty Images)
De nouveaux travaux de recherche en robotique au MIT suggèrent que les goulots d’étranglement à long terme dans la réactivité des robots pourraient être atténués grâce à l’utilisation d’accélérateurs matériels dédiés. L’équipe de recherche suggère également qu’il est possible de développer une méthodologie générale pour programmer la réactivité des robots afin de créer des modèles spécifiques, qui seraient ensuite déployés dans divers modèles de robots. Les chercheurs envisagent une approche combinée matériel-logiciel du problème de la planification du mouvement.

« Un écart de performance d’un ordre de grandeur est apparu dans la planification et le contrôle des mouvements : les actionneurs d’articulations de robot réagissent à des taux de kHz », selon le équipe de recherche« mais les techniques en ligne prometteuses pour les robots complexes, par exemple les manipulateurs, les quadrupèdes et les humanoïdes (Figure 1) sont limitées à des centaines de Hz par des logiciels de pointe. »
Informatique robotique

L’optimisation des modèles existants et du code pour des conceptions de robots spécifiques n’a pas comblé l’écart de performances. Les chercheurs écrivent que certains noyaux liés au calcul, tels que le calcul du gradient de la dynamique des corps rigides, occupent 30 à 90 % de la puissance de traitement d’exécution disponible dans les systèmes émergents de commande prédictive de modèle (MPC) non linéaires.

Le domaine spécifique de la planification du mouvement a reçu relativement peu d’attention par rapport à la détection, la perception et la localisation des collisions (la capacité de s’orienter dans trois espaces par rapport à son environnement). Pour qu’un robot fonctionne efficacement dans un environnement 3D, il doit d’abord percevoir son environnement, le cartographier, se localiser sur la carte, puis planifier l’itinéraire qu’il doit emprunter pour accomplir une tâche donnée. La détection de collision est un sous-ensemble de la planification de mouvement.

L’objectif à long terme de cette recherche n’est pas seulement de trouver un moyen d’effectuer plus efficacement la planification des mouvements, mais également de créer un modèle de matériel et de logiciel pouvant être généralisé à de nombreux types de robots, accélérant à la fois le développement et délais de déploiement. Les deux principales affirmations de l’article sont que les techniques d’optimisation logicielle par robot peuvent être mises en œuvre dans le matériel grâce à l’utilisation d’accélérateurs spécialisés, et que ces techniques peuvent être utilisées pour créer une méthodologie de conception pour la construction desdits accélérateurs. Cela permet la création d’un nouveau domaine de matériel optimisé pour les robots qu’ils appellent « l’informatique robomorphique ».

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La méthodologie de l’équipe repose sur la création d’un modèle qui implémente une fois un algorithme de contrôle existant, exposant à la fois le parallélisme et la parcimonie de la matrice. Les paramètres spécifiques du modèle sont ensuite programmés avec des valeurs qui correspondent aux capacités du robot sous-jacent. Les valeurs 0 contenues dans les matrices correspondent à des mouvements qu’un robot donné est incapable d’effectuer. Par exemple, un robot bipède humanoïde stockerait des valeurs non nulles dans les zones des matrices qui régissaient le mouvement propre de ses bras et de ses jambes. Un robot avec une articulation du coude réversible qui peut se plier librement dans les deux sens serait programmé avec des valeurs différentes de celles d’un robot avec un coude plus humain. Étant donné que ces modèles spécifiques sont dérivés d’un modèle commun de planification des mouvements, le code d’évaluation pour toutes les conditions pourrait être mis en œuvre dans un accélérateur matériel spécialisé.

Les chercheurs rapportent que la mise en œuvre de leur structure proposée dans un FPGA par opposition à un CPU ou un GPU réduit la latence de 8x à 86x et améliore les taux de réponse de 1,9x à 2,9x lorsque le FPGA est déployé en tant que coprocesseur. L’amélioration des temps de réaction des robots pourrait leur permettre de fonctionner efficacement dans des situations d’urgence où des réponses rapides sont nécessaires.

Un trait clé des robots et des androïdes dans la science-fiction est leurs réflexes plus rapides que les humains. À l’heure actuelle, le genre de vitesse affichée par un androïde tel que Data est impossible. Mais une partie de la raison en est que nous ne pouvons pas actuellement repousser les limites de nos propres actionneurs. Améliorez la vitesse à laquelle la machine peut « penser » et nous améliorerons la vitesse à laquelle elle peut se déplacer.

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