骷髏手「盤核桃」見過沒?
這個(gè)神奇的「手」來自Meta剛剛發(fā)布的AI平臺(tái)MyoSuite。
嗯……終結(jié)者的即視感有了。
小扎:元宇宙的「阿凡達(dá)」們有救了
傳統(tǒng)行業(yè)中流行著這么一句話,「一流企業(yè)做標(biāo)準(zhǔn),二流企業(yè)做品牌,三流企業(yè)做產(chǎn)品」
雖然這話有點(diǎn)絕對(duì),很多參與制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的一流企業(yè),品牌和產(chǎn)品更是一流的,但這句話的背后主要凸顯的是「標(biāo)準(zhǔn)」對(duì)于一個(gè)行業(yè)有多重要。
誰掌握了標(biāo)準(zhǔn),誰就有了制定游戲規(guī)則的話語權(quán),誰就有在業(yè)內(nèi)「坐莊」的潛力。
來到AI時(shí)代,科技巨頭們同樣在爭(zhēng)奪「標(biāo)準(zhǔn)」這個(gè)業(yè)務(wù)高地,只不過換了不少新的名字,比如框架、平臺(tái)、基準(zhǔn),多少都帶了點(diǎn)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的意思。
Meta自然也不例外。
當(dāng)然,按照小扎All in元宇宙而不惜改名的這波操作,萬事皆可元宇宙。
我們可以訓(xùn)練模型來完成復(fù)雜的動(dòng)作,如轉(zhuǎn)筆或轉(zhuǎn)鑰匙。這項(xiàng)研究不僅可以加速假肢、身體康復(fù)和手術(shù)技術(shù)的發(fā)展,而且還有助于我們?yōu)樵钪骈_發(fā)出更真實(shí)的化身。我們將開放這些模型的源代碼,以便研究人員可以使用它們來進(jìn)一步推動(dòng)這一領(lǐng)域。
好吧,沒想到,下面展示的竟然是轉(zhuǎn)筆,不是「抓罐子」……
但,這確實(shí)有點(diǎn)太粗了吧!
對(duì)了,還有轉(zhuǎn)鑰匙。(已經(jīng)習(xí)慣了,不必再吐槽了)
言歸正傳,雖然目前看起來模型似乎還處在一個(gè)初期階段,但是各種細(xì)節(jié)的控制已經(jīng)相當(dāng)完善了。
滑動(dòng)控制條伸出大拇指,然后再依次收回剩下四指,最后轉(zhuǎn)動(dòng)胳膊……
來,給你豎個(gè)大拇指!
除此之外,如果研究能有進(jìn)一步進(jìn)展的話,確實(shí)可以讓Meta的「阿凡達(dá)」們擁有一套解剖學(xué)上正確的骨骼和動(dòng)作,而不只是單純的可愛卡通形象。
神經(jīng)和運(yùn)動(dòng)智能的「大一統(tǒng)」
生物體越聰明,所表現(xiàn)出來的運(yùn)動(dòng)行為就越復(fù)雜。
因此,需要考慮的一個(gè)重要問題是:是什么促成了這種復(fù)雜決策以及執(zhí)行這些決策的運(yùn)動(dòng)控制?
Meta認(rèn)為,開發(fā)MyoSuite就是為了探索這個(gè)問題。
論文地址:https://drive.google.com/file/d/10Le1OmOpy-Veb7n41ywrYLxyipoGfHtt/view
MyoSuite提供了一套肌肉骨骼模型和任務(wù)套件,用機(jī)器學(xué)習(xí)來解決生物力學(xué)控制問題。
Meta表示,MyoSuite另一個(gè)重要意義是統(tǒng)一了智能的兩個(gè)方面:運(yùn)動(dòng)智能和神經(jīng)智能,并為機(jī)器學(xué)習(xí)社區(qū)開源一套全面的基準(zhǔn)。
人類的生物力學(xué)是一個(gè)復(fù)雜的多關(guān)節(jié)、多執(zhí)行器的肌肉骨骼系統(tǒng)。一塊肌肉的收縮涉及到多個(gè)關(guān)節(jié)的彎曲運(yùn)動(dòng),每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)都由多塊肌肉控制。
在如此復(fù)雜的系統(tǒng)中,智能行為的合成和表達(dá)需要中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周肌肉骨骼系統(tǒng)之間的有效協(xié)調(diào),前者是由數(shù)十億個(gè)神經(jīng)元組成的網(wǎng)絡(luò)合成決策,后者則是將這些意圖轉(zhuǎn)化為行動(dòng)。
MyoSuite是通過對(duì)現(xiàn)有模型和功能研究的深入研究而開發(fā)的,其研發(fā)基礎(chǔ)是手臂和手的OpenSim模型,目前已經(jīng)廣泛用于人類神經(jīng)機(jī)械控制、人機(jī)交互和康復(fù)等領(lǐng)域。
為了在MuJoCo中實(shí)現(xiàn)這些模型,研究人員開發(fā)了一個(gè)流程開發(fā)新的模型,來進(jìn)行骨骼和肌肉附著的幾何變換、臂力矩優(yōu)化和肌力優(yōu)化。
MyoSuite提供了一個(gè)測(cè)試幾個(gè)生理上精確的肌肉骨骼模型的組合,具體的模型構(gòu)建可分為三步:
1. 幾何圖形轉(zhuǎn)換。包括關(guān)節(jié)的幾何形狀、肌肉附著點(diǎn)和包裹面的轉(zhuǎn)換。這個(gè)步驟是在之前工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。
2. 動(dòng)力臂優(yōu)化。優(yōu)化MuJoCo中包裹面的三維位置。MuJoCo中包覆面的三維位置,以便實(shí)現(xiàn)與參考OpenSim模型相匹配的力矩臂。
3.肌肉力量?jī)?yōu)化:對(duì)MuJoCo中的肌肉參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,以實(shí)現(xiàn)與對(duì)照OpenSim模型相匹配的肌肉發(fā)力。經(jīng)過嚴(yán)格的建模和驗(yàn)證,最終建立了三個(gè)復(fù)雜程度不同的模型。
MyoSuite中包含的肌肉骨骼模型。A:MyoFinger(4個(gè)關(guān)節(jié)、5塊肌肉),B:MyoElbow:(1個(gè)關(guān)節(jié)、6塊肌肉)。C:MyoHand(23個(gè)關(guān)節(jié)、39塊肌肉)。
手指(MyoFinger): 首先建立一個(gè)簡(jiǎn)化和直觀的模型,即一個(gè)4自由度(DoF)的手指(MyoFinger,上圖A),它是通過一系列簡(jiǎn)化的5個(gè)拮抗性肌肉-肌腱單元來驅(qū)動(dòng)的。研究團(tuán)隊(duì)為其提供了簡(jiǎn)單的扭矩驅(qū)動(dòng)器,以方便比較研究。
手肘(MyoElbow):一個(gè)1自由度人類肘關(guān)節(jié)的模型,基于OpenSim的默認(rèn)設(shè)置測(cè)試手臂模型,并使用多個(gè)激動(dòng)劑/拮抗劑對(duì)(3個(gè)屈肌和3個(gè)伸肌)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)(上圖B)。
手(MyoHand):實(shí)際上包括前臂、手腕和手。靈巧的人手需要協(xié)調(diào)多塊高度冗余的肌肉,這些肌肉對(duì)各種關(guān)節(jié)具有互補(bǔ)和拮抗作用。這個(gè)更復(fù)雜的肌肉骨骼模型由29塊骨頭,23個(gè)關(guān)節(jié),39個(gè)肌肉-肌腱單元組成(上圖C)。
多年來,人工智能領(lǐng)域一直試圖通過神經(jīng)結(jié)構(gòu)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來模仿智能行為。而在生物力學(xué)界,主要是獨(dú)立通過體內(nèi)和體外研究來開發(fā)肌肉骨骼系統(tǒng),以了解外周的驅(qū)動(dòng)力。
有了MyoSuite,研究人員有望在感覺-運(yùn)動(dòng)控制的細(xì)節(jié)上取得更大進(jìn)展,依靠不同的本體感覺信號(hào)來協(xié)調(diào)全身的運(yùn)動(dòng)控制,這是在豐富的互動(dòng)環(huán)境中表現(xiàn)出智能行為所需要的。
MyoSuite的生理學(xué)上真實(shí)的肌肉骨骼模型,比現(xiàn)有模型的計(jì)算效率和可擴(kuò)展性要高出4000倍。
有了這么強(qiáng)大的資源和計(jì)算效率做支撐,什么轉(zhuǎn)筆、轉(zhuǎn)鑰匙、單手盤核桃等自然不在話下了。
而且,這些「花活」就是為了告訴你MyoSuite「能干什么」,未來「要干什么」,Meta也說了,主要是運(yùn)動(dòng)康復(fù)、假肢開發(fā)和人體工程學(xué)應(yīng)用。
說不定以后的假肢,比原裝的還好用?
MuJoCo開源
說起來,從AlphaGo到MuZero,過去機(jī)器學(xué)習(xí)算法解決的復(fù)雜問題實(shí)在是不少,但在復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制的方向上一直應(yīng)用不多,Meta認(rèn)為,主要原因是缺乏與外界復(fù)雜環(huán)境的互動(dòng)能力。
換句話說,現(xiàn)有框架既沒有嵌入復(fù)雜而熟練的運(yùn)動(dòng)任務(wù),也沒有足夠的計(jì)算效率或可擴(kuò)展性來滿足機(jī)器學(xué)習(xí)算法的數(shù)據(jù)需求。
Meta表示,MyoSuite有望彌補(bǔ)這些差距。
目前,MyoSuite已經(jīng)在MacOs和Linux上用MuJoCo v2.1.0進(jìn)行了測(cè)試。
正巧的是,DeepMind也在同日對(duì)MuJoCo進(jìn)行了開源。
項(xiàng)目地址:https://github.com/deepmind/mujoco
MuJoCo最初由華盛頓大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室主任、神經(jīng)科學(xué)家Emo Todorov開發(fā),于2015年通過創(chuàng)業(yè)公司Robi LLC, 被打造成了商業(yè)產(chǎn)品。
2021年10月,DeepMind宣布收購MuJoCo物理模擬器,并承諾將MuJoCo作為一個(gè)免費(fèi)的、開源的、社區(qū)驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目進(jìn)行開發(fā)和維護(hù)。
對(duì)于現(xiàn)在的機(jī)器人研究來說,物理模擬器是其中的關(guān)鍵性工具。其通常可以分為商業(yè)的閉源軟件,和學(xué)術(shù)界的開源軟件。
第一類對(duì)用戶來說是不透明的,雖然有時(shí)可以免費(fèi)使用,但不能修改,也很難理解。第二類通常有較小的用戶群,當(dāng)其開發(fā)者和維護(hù)者畢業(yè)時(shí),就會(huì)受到影響。
MuJoCo是為數(shù)不多的由一個(gè)成熟的公司支持的全功能模擬器之一,它是真正的開源代碼。
作為一個(gè)研究驅(qū)動(dòng)的組織,DeepMind將MuJoCo視為一個(gè)合作的平臺(tái),機(jī)器人學(xué)家和工程師可以加入我們,開發(fā)世界上最好的機(jī)器人模擬器之一。
目前,DeepMind的開源工作已經(jīng)完成,MuJoCo的整個(gè)代碼庫都已經(jīng)上傳至在GitHub了。
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