Инженеры собрали двуногого робота PhoneBot, в котором обычный Android-смартфон заменяет отдельную камеру, инерциальные датчики и мощный бортовой компьютер. Робот ростом 48,3 см умеет ходить, вставать после падения, следовать за человеком и поворачивать камеру к собеседнику, а детали для корпуса и электроники стоят около $400 без учета телефона. Разработчики подробно описали PhoneBot и открыли материалы для сборки.
Смартфон закрепили прямо на корпусе, поэтому его камера стала глазами робота, а гироскоп и акселерометр помогают следить за положением тела. Телефон получает сведения о суставах, рассчитывает следующие движения и по Wi-Fi отправляет команды небольшому одноплатному компьютеру внутри корпуса. Тот передает команды 13 сервоприводам, которые двигают ногами и поворачивают верхнюю часть робота.
Электрического кабеля между смартфоном и механизмами нет. Телефон общается с бортовой электроникой по Wi-Fi, поэтому разработчики не привязывали конструкцию к одной модели устройства. PhoneBot весит 1,8 кг вместе со смартфоном, а шесть приводов на каждой ноге позволяют двигать бедром, коленом и стопой в нескольких направлениях.
Авторы проверили систему на четырех Android-смартфонах. Среди них был Honor 9 2017 года и недорогие moto g 2024, moto g 2025 и Galaxy A16 5G, которые в тестовой конфигурации стоили примерно $50–90. Все четыре телефона справились с обработкой показаний датчиков, расчетом движений, распознаванием объектов и взаимодействием с человеком. Для основной работы роботу, таким образом, не понадобился дорогой специализированный вычислительный модуль.
Ходить PhoneBot учился сначала в компьютерной симуляции. Разработчики применили обучение с подкреплением: алгоритм много раз пробовал разные движения и получал награду за нужную скорость, устойчивость, правильное положение стоп и другие полезные действия. При обучении инженеры учитывали ограничения недорогих сервоприводов, которые теряют часть усилия на высокой скорости.
На первых этапах алгоритм нашел неудачную лазейку: робот начинал сильнее нагружать одну ногу и фактически учился ходить с перекосом. Чтобы убрать привычку, разработчики добавляли к каждому набору движений его зеркальную копию. Если алгоритм пробовал шаг с опорой на левую ногу, при обучении он одновременно получал аналогичный пример для правой.
Прием заметно выровнял походку. В симуляции ошибка симметрии углов суставов сократилась с 0,254 до 0,003 радиана, разница нагрузки между ногами уменьшилась с 0,205 до 0,034, а дисбаланс механической мощности снизился с 0,339 до 0,040. После обучения разработчики перенесли алгоритмы на настоящего PhoneBot и показали ходьбу, слежение за человеком и самостоятельный подъем из положения лицом вниз.
Задняя камера смартфона распознает людей и оценивает положение тела, поэтому PhoneBot может держать человека в кадре и идти следом. Камера вместе с инерциальными датчиками также помогает роботу определять собственное положение в пространстве. Для навигации используется SLAM, метод, при котором устройство одновременно строит карту окружающего пространства и вычисляет, где находится на ней.
Разговорные функции пока требуют внешнего компьютера. Смартфон записывает голос, после чего ноутбук распознает речь и передает текст большой языковой модели. Готовый ответ возвращается на телефон и звучит через его динамик. Авторы хотят позже запускать подходящую языковую модель прямо на смартфоне, чтобы робот меньше зависел от внешней техники.
PhoneBot пока рассчитан скорее на эксперименты, чем на бытовую работу. У робота нет рук, ходьбу обучали только на ровной поверхности, а недорогие сервоприводы ограничивают грузоподъемность и резкие движения. При этом разработчики открыли чертежи, список компонентов и файлы для печати деталей, поэтому конструкцию можно воспроизвести и доработать. Следующими шагами авторы называют ходьбу по неровной поверхности, легкие руки и выполнение голосовых команд.
