Исследователи из Лаборатории робототехнических систем ETH Zurich продемонстрировали, что стандартный четвероногий робот ANYmal-D способен самостоятельно собрать гигантский кубик Рубика, используя только свои конечности — без роботизированных рук, захватов или каких-либо дополнительных приспособлений . Результаты опубликованы в научной работе, а демонстрация широко освещена IEEE Spectrum и The Verge . Это не трюк ради видео: эксперимент показывает, как машина, изначально предназначенная для инспекции промышленных объектов, может выполнять длительные цепочки точных физических взаимодействий, используя всё тело как инструмент.

Размеры и условия задачи

Кубик, с которым работал робот, — не карманный вариант. Речь идёт о гигантском кубе массой около 4,6 кг, длина грани которого, по данным arXivDaily, составляет порядка 40 см . Для сравнения: стандартный кубик Рубика весит около 100 граммов и легко помещается в ладони. Здесь же ANYmal-D должен был не просто «покрутить грани», а физически переворачивать тяжёлый объект, удерживая равновесие на четырёх опорах.

Как это работает: три фазы решения

Процесс решения разделён на три этапа . Сначала — сканирование: робот обходит куб, переворачивает его, чтобы открыть шестую грань, и с помощью встроенной RGB-D камеры ZED X Mini собирает изображения всех сторон. Система сегментирует куб, классифицирует цвета каждой клетки и строит полную «карту» состояния. Важная деталь: если какая-то грань не была увидена, система не пытается угадать её по трём видимым — она дособирает наблюдения, пока каждая клетка не будет зафиксирована .

Затем — планирование: алгоритм Kociemba, стандартный решатель кубика Рубика, выдаёт последовательность поворотов граней. Но это лишь половина задачи. Робот должен перевести эти повороты в собственные навыки: переворачивание вперёд, переворачивание назад, поворот слоя по часовой и против часовой стрелки, а также перемещение вокруг куба . Каждый «поворот грани» в человеческом понимании превращается в последовательность физических действий, которые робот способен выполнить конечностями.

Механика: одна нога держит, другая поворачивает

Самая сложная часть — исполнение. Чтобы повернуть слой, правая передняя нога прижимает нижнюю половину куба, фиксируя её, а левая протягивает верхнюю половину на четверть оборота . При перевороте куба робот захватывает ребро одной ногой и перекатывает объект на новую грань. Всё это время система должна удерживать равновесие: случайное проворачивание слоя или соскальзывание ноги ломает всю рассчитанную последовательность .

Управление построено на обучении с подкреплением. Сначала в симуляции тренировалась «учительская» политика, которая видела все суставы и точки контакта. Затем знания были «дистиллированы» в более простую «студенческую» политику, работающую на реальном роботе только по двум фронтальным камерам глубины и показаниям суставов . Это позволяет роботу корректировать мелкие ошибки по ходу дела и адаптироваться к небольшим смещениям куба.

Результаты: три успешных решения подряд

В реальных испытаниях ANYmal-D трижды полностью собрал кубик без вмешательства человека. Каждая попытка включала около 30 отдельных действий и занимала 8–9 минут . Робот успешно справлялся с низким трением поверхности, неровностями и даже внешними помехами: в одном из тестов куб был сдвинут, и система восстановилась, скорректировав позицию .

Что это значит за пределами кубика Рубика

Сам по себе собранный кубик — скорее демонстрация, чем прикладная задача. Ценность эксперимента в другом: он показывает, что четвероногий робот, созданный для ходьбы и инспекции, может научиться манипулировать объектами без манипуляторов — используя те же конечности, которые обычно служат только для передвижения. Если такие машины освоят подобные навыки в неструктурированной среде, их применение выйдет далеко за пределы заранее подготовленного куба: от открывания дверей и перемещения предметов до работы там, где дополнительные руки физически не помещаются. Пока же это доказательство концепции: робот действует в контролируемых условиях и со специально подобранным объектом, но сам принцип — «нога как инструмент» — перестаёт быть фантастикой .