Teknologi utama menyatu dalam sistem robot canggih

Tepat ketika desain robot memasuki arena komersial untuk melayani industri manufaktur, logistik, dan jasa, penting untuk menguraikan hambatan utama yang masih menghambat adopsi robot yang lebih besar.

Sementara perangkat keras dan perangkat lunak dalam sistem robot telah meningkat secara dramatis, lintasan desain mereka yang berkembang pesat menunjukkan bahwa banyak yang terjadi untuk membuat perangkat ini lebih berguna dan cerdas dalam berbagai aplikasi, termasuk pertanian, pergudangan, layanan pengiriman dan inspeksi, manufaktur cerdas, dan lainnya.

Sederhananya, robot — setelah mengambil input dari sensor dan kamera — menempatkan dirinya sendiri dan mulai mengamati lingkungannya. Selanjutnya, ia mengenali dan memprediksi gerakan benda-benda di dekatnya dan kemudian merencanakan gerakannya sendiri sambil memastikan keamanan bersama antara dirinya sendiri dan benda-benda di dekatnya. Semua tindakan ini memerlukan banyak operasi pemrosesan dan konsumsi daya.

Ada tiga tempat penggunaan daya utama dalam sistem robot:motor dan pengontrol yang menggerakkan atau mengarahkan robot, sistem penginderaan, dan platform pemrosesan. Generasi baru sensor yang lebih cerdas dan hemat daya diperlukan untuk memastikan orientasi dan posisi tubuh robot dengan cepat dan akurat dengan biaya dan konsumsi energi yang lebih rendah. Perlu juga disebutkan bahwa robot tidak bergerak cepat, sehingga umumnya tidak memerlukan prosesor mutakhir yang beroperasi pada kecepatan multi-gigahertz.

Di sini, di persimpangan teknologi ini, semua persyaratan atau tantangan desain dalam membawa robot ke penyebaran massal mengarah ke blok pembangun utama:system-on-chip (SoC). Ini menjalankan sistem penginderaan yang beragam serta algoritme kecerdasan buatan (AI) yang kuat untuk memungkinkan generasi baru robot komersial.

Panggil SoC baru

Selusin algoritma biasanya diproses secara bersamaan dan waktu nyata untuk menjalankan operasi robotik yang mencakup odometri, perencanaan jalur, penglihatan, dan persepsi. Itu membutuhkan tanaman baru SoC yang dapat membawa integrasi ke tingkat yang sama sekali baru. SoC ini diperlukan untuk menangani aplikasi khusus seperti pengkodean yang jarang, perencanaan jalur, dan lokalisasi dan pemetaan simultan (SLAM).

Chip SDA/SDM845 Qualcomm (Gambar 1 ) menyoroti tingkat integrasi baru itu. Selain CPU Kyro octa-core yang berjalan pada 2,8 GHz, ia dilengkapi dengan Hexagon 685 DSP untuk pemrosesan AI pada perangkat dan visi komputer yang dioptimalkan untuk seluler untuk persepsi, navigasi, dan manipulasi. Prosesor sinyal gambar (ISP) 14-bit Spectra 280 ganda mendukung kamera hingga 32 megapiksel (MP) dan pengambilan video hingga 4K pada 60 bingkai per detik.

Gambar 1:Blok bangunan arsitektur chip Qualcomm SDM845 untuk desain robot (Gambar:Qualcomm)

Platform SoC juga dilengkapi unit pemrosesan aman (SPU) untuk memfasilitasi kemampuan keamanan seperti boot aman, akselerator kriptografi, dan lingkungan eksekusi tepercaya (TEE). Untuk konektivitas, perangkat ini mendukung tautan Wi-Fi sekaligus bertujuan untuk menambahkan 5G guna memungkinkan latensi rendah dan throughput tinggi untuk robot industri.

Qualcomm juga telah memperkenalkan Platform Robotics RB3 yang dibangun di sekitar chip SDA/SDM845. Ini disertai dengan papan pengembangan dan kit DragonBoard 845c untuk membuat prototipe desain robot.

Drive integrasi hiper juga terlihat dalam modul yang disematkan seperti Jetson Xavier Nvidia (Gambar 2 ), ditujukan untuk pengiriman dan robot logistik. Platform komputasi robotik terdiri dari 9 miliar transistor dan menghasilkan lebih dari 30 triliun operasi per detik (TOPS). Dan dilengkapi enam prosesor:CPU ARM64 delapan inti, GPU Volta Tensor Core, akselerator pembelajaran mendalam NVIDIA (NVDLA), prosesor gambar, prosesor penglihatan, dan prosesor video.

Seperti yang ditunjukkan oleh contoh desain di atas, akselerator AI adalah blok pembangun utama dalam SoC dan modul untuk desain robot. Pengamatan lebih dekat juga menunjukkan bagaimana AI bekerja bersama-sama dengan sensor dan aktuator untuk melakukan tugas seperti persepsi, pelokalan, pemetaan, dan navigasi.

Integrasi AI:masih dalam proses

Dalam hal meningkatkan kualitas dan akurasi respons robot terhadap situasi atau tugas tertentu, peran teknologi AI menjadi sangat penting, terutama dalam operasi deteksi objek dan pengenalan.

AI mengambil robot di luar otomatisasi yang disediakan oleh model pemrograman kaku dan memungkinkan mereka untuk berinteraksi dengan lingkungan mereka lebih alami dan dengan presisi yang lebih besar. Di sini, komponen AI bekerja bersama dengan fungsi pemrosesan gambar robot untuk mengotomatiskan tugas yang sebelumnya dilakukan oleh manusia.

Namun, perancang robot harus menambahkan lebih banyak fitur AI tanpa meningkatkan ukuran komponen dan konsumsi daya. Selain kendala daya dalam desain robot, adopsi komersial robot juga terhambat oleh faktor bentuk perangkat yang besar.

Gambar 2:Modul Jetson Xavier 80 × 87-mm mengklaim kinerja komputasi tingkat stasiun kerja pada 1/10 ukuran perangkat pemrosesan stasiun kerja. (Gambar:Nvidia)

Masalah kritis lainnya adalah dukungan untuk berbagai kerangka kerja AI ketika robot industri dan layanan mulai menerapkan model inferensi untuk deteksi orientasi dan estimasi posisi.

Dicari sensor pintar

Sistem robot seperti penyedot debu dan papan hover menuntut sensor yang sangat stabil dan berkinerja tinggi yang mampu beroperasi di lingkungan dengan getaran tinggi. Pemrosesan elemen penginderaan presisi tinggi menimbulkan tantangan tambahan bagi desainer. Misalnya, jika mereka menggunakan perangkat lunak untuk mengontrol sensor gerak seperti akselerator dan gyro, hal itu meningkatkan biaya serta waktu pengembangan yang diperlukan untuk pengembangan perangkat lunak.

Itu sebabnya sistem robot membutuhkan solusi penginderaan yang lebih terintegrasi. Untuk Platform Qualcomm Robotics RB3 yang disebutkan sebelumnya, InvenSense, yang sekarang menjadi perusahaan TDK, menawarkan sejumlah sensor dan mikrofon yang memiliki daya rendah, pencocokan sensitivitas ketat, dan titik kelebihan akustik tinggi (AOP).

Platform RB3 menggunakan unit pengukuran inersia enam sumbu (IMU) enam sumbu InvenSense, yang terdiri dari giroskop tiga sumbu dan akselerometer tiga sumbu, sensor tekanan barometrik kapasitif, dan mikrofon digital multi-mode. IMU mengukur pengukuran jam real-time eksternal untuk memastikan akurasi presisi, sedangkan sensor tekanan mengukur akurasi relatif perbedaan ketinggian 10 cm.

Selain sensor gerak, robot semakin banyak menggunakan sensor pintar dan solusi kamera yang dilengkapi dengan sistem navigasi berbasis SLAM yang memungkinkan robot memenuhi persyaratan yang menantang di lingkungan kehidupan nyata. Selain itu, sensor dan kamera ini menggabungkan kemampuan pembelajaran mesin untuk menjalankan sistem penglihatan 3D di robot.

Namun, pengembang harus memastikan faktor bentuk kecil dan penggunaan daya rendah sambil mengintegrasikan sensor resolusi tinggi ini dalam sistem robot mereka. Selain itu, sensor dan kamera ini harus memiliki integrasi yang mudah dengan pengontrol robot melalui antarmuka digital standar.

Seperti AI, sensor dan kamera pintar adalah bahan penting dalam resep desain robot, dan seperti AI, mereka masih dalam masa pertumbuhan. 2020 diharapkan membawa kedewasaan yang lebih besar dan solusi penginderaan komersial yang lebih layak yang dapat melayani sistem robot dengan biaya lebih rendah dan dengan akurasi yang lebih tinggi. Saat itulah robot akan bergerak melampaui peran transformasional mereka di gudang dan pabrik dan menjadi alat kolaboratif dalam lanskap konsumen dan industri yang lebih besar, alih-alih bekerja hanya sebagai objek cerdas yang berdiri sendiri.