A Biologically Inspired Design Principle for Building Robust Robotic Systems

要約

堅牢性、つまり、予期しない重大な環境変化の下でもシステムのパフォーマンスを維持する能力は、ロボット システムにとって重要な特性です。
生物学的システムは当然堅牢性を示しますが、ロボット システムで同様の堅牢性を実現する方法については包括的な理解がありません。
この研究では、生物学的システムからインスピレーションを得て、環境変動に対する堅牢性を高めるためにシステムコンポーネント間のアクティブな相互接続を推奨する設計原則を提案します。
私たちは、ロックボックスを解決するという、長期にわたる困難な操作タスクでこの設計原則を評価します。
私たちの広範なシミュレーション実験と現実世界の実験により、個々のコンポーネントに大きな変更を加えることなく、システムコンポーネント間のアクティブな相互接続を確立することで、環境の変化に対する堅牢性を強化できることが実証されました。
私たちの調査結果は、システム構築における設計原則の体系的な検討が必要であることを示唆しています。
また、インテリジェントで適応性のあるロボット システムの開発を促進するために、生物学的堅牢性の追加原理を探索および評価するための学際的な協力を提唱しています。

要約(オリジナル)

Robustness, the ability of a system to maintain performance under significant and unanticipated environmental changes, is a critical property for robotic systems. While biological systems naturally exhibit robustness, there is no comprehensive understanding of how to achieve similar robustness in robotic systems. In this work, we draw inspirations from biological systems and propose a design principle that advocates active interconnections among system components to enhance robustness to environmental variations. We evaluate this design principle in a challenging long-horizon manipulation task: solving lockboxes. Our extensive simulated and real-world experiments demonstrate that we could enhance robustness against environmental changes by establishing active interconnections among system components without substantial changes in individual components. Our findings suggest that a systematic investigation of design principles in system building is necessary. It also advocates for interdisciplinary collaborations to explore and evaluate additional principles of biological robustness to advance the development of intelligent and adaptable robotic systems.

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