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フィジカルAI関連の最新論文を、日本語のひとことで。原題は英語です。
最新論文: 2023/1/1 ／ arXivを3時間ごとに自動収集
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倒立振子を超えて：脚式移動のタスク最適な簡易モデル
タスク分布とコスト関数に基づいて脚式ロボットの低次元モデルを自動最適化する手法を提案し、二足歩行ロボットCassieで関節トルクコストを最大23%削減、歩行速度を最大54%向上させた。
原題: Beyond Inverted Pendulums: Task-optimal Simple Models of Legged Locomotion ／ Yu-Ming Chen, Jianshu Hu, Michael Posa
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ViTAL: 脚式ロボットのための視覚に基づく地形認識移動
脚式ロボットの移動計画を足場選択と姿勢適応に分離し、安全な足場に到達しやすい姿勢を最大化する新しい姿勢適応と足場選択アルゴリズムを提案。HyQとHyQRealで階段やギャップなど様々な障害物を異なる速度・歩容で踏破できることを実証した。
原題: ViTAL: Vision-Based Terrain-Aware Locomotion for Legged Robots ／ Shamel Fahmi, Victor Barasuol, Domingo Esteban 他
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脚式ロボットのための地形認識型移動
脚式ロボットがセンサで地形を知覚し、その情報に基づいて歩行を計画・制御するための手法を、固有感覚と外界感覚の両面から提案した論文。
原題: On Terrain-Aware Locomotion for Legged Robots ／ Shamel Fahmi
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地形Transformerによる四足歩行のSim-to-Real転移
高い表現力を持つTransformerモデルと2段階学習で四足歩行制御を学習し、砂場や階段降りなど9つの難地形を実機で踏破した。
原題: Sim-to-Real Transfer for Quadrupedal Locomotion via Terrain Transformer ／ Hang Lai, Weinan Zhang, Xialin He 他
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都市峡谷におけるGNSS/PDR統合による軌道平滑化：因子グラフ最適化の活用
都市峡谷での歩行者測位精度向上のため、スマホのGNSS生データとPDRによる相対運動を因子グラフ最適化で統合し、新たなソフト運動モデルで軌道を平滑化する手法を提案した。
原題: Trajectory Smoothing Using GNSS/PDR Integration Via Factor Graph Optimization in Urban Canyons ／ Yihan Zhong, Weisong Wen, Li-Ta Hsu
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スラック式可変ダンパが脚式移動のロバスト性と効率のトレードオフを生む
腱のたるみ量を調整できる物理ダンパ機構を脚式ロボットに搭載し、外乱時に自動的にダンパが作動してロバスト性を高める一方、エネルギー消費が増えるトレードオフを実験的に示した。
原題: Slack-based tunable damping leads to a trade-off between robustness and efficiency in legged locomotion ／ An Mo, Fabio Izzi, Emre Cemal Gönen 他
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ヒト歩行における「仮想ピボット点」：実験では常に観測されるが、安定性に必須ではない可能性をシミュレーションが示唆
神経筋反射モデルと多段階最適化により、床反力が仮想ピボット点で交差しない安定な歩行パターンを生成し、そのような歩行でも姿勢安定性が保たれることを示した。
原題: 'Virtual pivot point' in human walking: always experimentally observed but simulations suggest it may not be necessary for stability ／ L. Schreff, D. F. B. Haeufle, A. Badri-Spröwitz 他
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太平洋ヤツメウナギに着想を得た壁面登攀ロボット
太平洋ヤツメウナギの動きにヒントを得て、ほぼ垂直な壁面を動的に登りながら方向転換もできるヘビ型ロボット「Trident」を開発し、その歩容と性能を実証した。
原題: Pacific Lamprey Inspired Climbing ／ Brian Van Stratum, Kourosh Shoele, Jonathan E. Clark
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形態を考慮した脚式ロボット制御のためのシーケンスモデリング
形態情報を条件としたTransformerで脚式ロボットの制御方策を学習し、異なる形態の実機ロボットへの展開を可能にした。
原題: Multi-embodiment Legged Robot Control as a Sequence Modeling Problem ／ Chen Yu, Weinan Zhang, Hang Lai 他
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新型足裏センサを用いた傾斜障害物踏破のための二足歩行オンライン適応
足裏の近接・バンプセンサを新規開発し、接地前に障害物を予測して脚長を調整することで、未知の傾斜障害物上でも速度を落とさず歩行できる制御系を実現した。
原題: Online Bipedal Locomotion Adaptation for Stepping on Obstacles Using a Novel Foot Sensor ／ Pezhman Abdolahnezhad, Aghil Yousefi-Koma, Amirhosein Vedadi 他
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四足歩行のための単発足場選択と制約評価
地形の高さマップからCNNで各候補足場の良さを評価し、運動学的制約や衝突も同時にチェックすることで、四足ロボットが不整地で最適な足場を10msで選べる手法を提案した。
原題: Single-shot Foothold Selection and Constraint Evaluation for Quadruped Locomotion ／ D. Belter, J. Bednarek, H. -C. Lin 他
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視覚誘導型四足歩行のためのCPG強化学習
視覚情報と中枢パターン生成器（CPG）を深層強化学習に統合し、四足ロボットの歩行制御を学習させるフレームワークを提案。シミュレーションから実機への転移で、エネルギー効率やノイズ・遅延への頑健性が向上することを示した。
原題: Visual CPG-RL: Learning Central Pattern Generators for Visually-Guided Quadruped Locomotion ／ Guillaume Bellegarda, Milad Shafiee, Auke Ijspeert
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歩き方いろいろ：行動の多様性による汎化のためのロボット制御チューニング
単一の方策で多様な歩容（姿勢・速度・足運び）を実現する四足歩行コントローラを学習し、再学習なしに新しいタスクや環境に適応できるようにした。
原題: Walk These Ways: Tuning Robot Control for Generalization with Multiplicity of Behavior ／ Gabriel B Margolis, Pulkit Agrawal
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アンセンテッド変換を用いた脚式移動の確率安定性解析
アンセンテッド変換により脚式システムの確率安定性を低次元で推定し、計算コストを抑えつつ不確実性を考慮した解析を可能にした。
原題: Stochastic stability analysis of legged locomotion using unscented transformation ／ Guner Dilsad ER, Mustafa Mert Ankarali
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LTV MPCを用いた四足歩行の最適制御
単剛体モデルと線形時変モデル予測制御(LTV MPC)により、四足ロボットのトロットやクロール歩容を実現し、外乱下でも目標軌道追従を可能にした研究。
原題: Optimal Control for Quadruped Locomotion using LTV MPC ／ Andrew Zheng, Sriram S. K. S Narayanan
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狭い空間を歩く：双対性最適化による四足ロボットの安全クリティカルな歩行制御
四足ロボットが狭い空間を安全に自律移動できるよう、指数型離散制御バリア関数と双対性に基づく障害物回避制約を非線形モデル予測制御と全身制御に統合した枠組みを提案した。
原題: Walking in Narrow Spaces: Safety-critical Locomotion Control for Quadrupedal Robots with Duality-based Optimization ／ Qiayuan Liao, Zhongyu Li, Akshay Thirugnanam 他
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自己中心視覚を用いた難地形での脚式移動
単眼の深度カメラだけを使い、階段や飛び石、溝などの難所を四足ロボットが踏破できるエンドツーエンドの移動方策をシミュレーションで学習し、実機に転移させた。
原題: Legged Locomotion in Challenging Terrains using Egocentric Vision ／ Ananye Agarwal, Ashish Kumar, Jitendra Malik 他
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人間の歩行エネルギー近似と角度差を考慮した適応的行動集合によるA*足歩行計画
二足歩行ロボットのリアルタイム経路計画のため、人間の歩行エネルギーを多項式近似したコスト関数と、目的地との角度差を考慮した新たなヒューリスティック関数を提案し、状況に応じて行動集合を適応的に変化させるA*足歩行計画手法を構築した。
原題: Real time A* Adaptive Action Set Footstep Planning with Human Locomotion Energy Approximations Considering Angle Difference for Heuristic Function ／ Joon-Ha Kim
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動的歩行のための最も単純なバランス制御器
線形倒立振子モデルに対し、体速度の線形関数で次の足置き位置を決めるLFPCを提案し、高速なステップほどバランスが取りやすいことを示した。
原題: The Simplest Balance Controller for Dynamic Walking ／ Linqi Ye, Xueqian Wang, Houde Liu 他
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ベイズ推論による抽象化に基づく時変環境での注意切り替え
時変マルコフ決定過程で文脈変化をベイズ推論により検出し、双模倣に基づく状態抽象化を用いて注意を切り替える手法を提案し、四足歩行ロボットでの追従問題で実証した。
原題: Switching Attention in Time-Varying Environments via Bayesian Inference of Abstractions ／ Meghan Booker, Anirudha Majumdar
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2台の四足ロボットの協調歩行のための階層制御：集中型と分散型アプローチ
2台の四足ロボットが協調して歩行するための階層制御手法を提案し、集中型MPCと分散型MPCを比較した。分散型は集中型と同等の性能を保ちつつ計算時間を大幅に削減できることを実験で示した。
原題: Layered Control for Cooperative Locomotion of Two Quadrupedal Robots: Centralized and Distributed Approaches ／ Jeeseop Kim, Randall T Fawcett, Vinay R Kamidi 他
日本語で読む → - 論文歩行支援・外骨格ロボティクス
コンピュータビジョンによる環境適応型ヒップエクソスーツのアシスト変調
RGBカメラで歩行環境（階段・平地）をリアルタイム認識し、ヒップエクソスーツのアシストを適応的に変調する制御器を開発。健常者7名の実験で、階段昇降時の代謝節約が最大約20%向上した。
原題: Environment-based Assistance Modulation for a Hip Exosuit via Computer Vision ／ Enrica Tricomi, Mirko Mossini, Francesco Missiroli 他
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CPG-RL: 四足歩行のための中枢パターン生成器の学習
中枢パターン生成器（CPG）を深層強化学習に統合し、四足ロボットのロバストな全方向歩行を実現した。シミュレーションで訓練しUnitree A1にsim-to-real転移、訓練時にない外乱や体重の115%の負荷にも頑健に動作した。
原題: CPG-RL: Learning Central Pattern Generators for Quadruped Locomotion ／ Guillaume Bellegarda, Auke Ijspeert
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分散データ駆動型予測制御によるマルチエージェント協調脚式移動
複数の四足ロボットが協調して歩行するための分散予測制御プランナを提案し、5体のシミュレーションと3体の実機実験で頑健性を検証した。
原題: Distributed Data-Driven Predictive Control for Multi-Agent Collaborative Legged Locomotion ／ Randall T Fawcett, Leila Amanzadeh, Jeeseop Kim 他
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柔らかいねじり梁の振動による調整可能な動的歩行
柔らかいねじり梁の振動を利用し、異方的な剛性を動的に連成させることで、単一の振動入力から調整可能な歩行を実現する機構を提案した。
原題: Tunable Dynamic Walking via Soft Twisted Beam Vibration ／ Yuhao Jiang, Fuchen Chen, Daniel M. Aukes
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複雑な人間の移動行動の研究：這うことから歩くことまで
乳児の人型ロボットが這う段階から歩く段階へと発達する過程を、単純な状態機械を用いた制御アルゴリズムで再現し、運動学モデルとシミュレーション結果を定量的に評価した研究。
原題: The Study of Complex Human Locomotion Behaviors: From Crawling to Walking ／ Shengjie Xu, Kevin Mok
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動的脚式ロボットの最適化ベース制御
脚式ロボットの運動生成と制御におけるモデルベース最適化の最近の進展を、環境接触の扱いやモデル簡略化、数値解法に焦点を当てて概観したサーベイ。
原題: Optimization-Based Control for Dynamic Legged Robots ／ Patrick M. Wensing, Michael Posa, Yue Hu 他
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クロスモーダル教師あり学習による視覚歩行の獲得
単眼RGBカメラと固有感覚のみを用いた視覚歩行方策を実世界で学習する手法を提案し、階段や滑りやすい坂道など多様な地形を30分未満の実データで歩行可能にした。
原題: Learning Visual Locomotion with Cross-Modal Supervision ／ Antonio Loquercio, Ashish Kumar, Jitendra Malik
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ViNL: 障害物を越える視覚ナビゲーションと歩行制御
視覚ナビゲーション方策と視覚歩行方策を別々のシミュレータで独立に学習し、ゼロショットで組み合わせることで、四足ロボットが未知の屋内環境で障害物を避けながら目標地点へ移動できるようにした研究。
原題: ViNL: Visual Navigation and Locomotion Over Obstacles ／ Simar Kareer, Naoki Yokoyama, Dhruv Batra 他
日本語で読む → - 論文歩行者行動予測画像認識
PedFormer: クロスモーダル注意変調とゲート付きマルチタスク学習による歩行者行動予測
歩行者の将来の軌道と横断行動を予測するため、クロスモーダルTransformerと意味的注意に基づく相互作用モジュール、ゲート付き共有ネットワークによるマルチストリームデコーダを組み合わせたフレームワークを提案し、PIEとJAADで最大22%の精度向上を達成した。
原題: PedFormer: Pedestrian Behavior Prediction via Cross-Modal Attention Modulation and Gated Multitask Learning ／ Amir Rasouli, Iuliia Kotseruba
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