Câu trả lời quen thuộc là mô phỏng rẻ hơn máy thật. Đúng nhưng chưa đủ. Lý do quan trọng hơn là có bốn thứ mà máy thật về nguyên tắc không cho được, dù bạn có bao nhiêu tiền.
Chạy song song hàng nghìn bản
Một robot thật chỉ có một. Trong mô phỏng, có thể chạy hàng nghìn bản sao cùng lúc, mỗi bản gặp một tình huống khác nhau.
Với các phương pháp học bằng thử sai, số lần thử cần thiết rất lớn — lớn tới mức không thể thực hiện trên máy thật trong đời một thiết bị.
Song song hoá biến bài toán từ bất khả thi thành khả thi. Đây là lý do gần như mọi kỹ năng vận động phức tạp hiện nay đều được học trong mô phỏng trước.
Tua nhanh thời gian
Trong mô phỏng, một giây vật lý không cần một giây thực. Với môi trường đơn giản, có thể chạy nhanh hơn thời gian thực nhiều lần.
Kết hợp với song song hoá, tổng lượng kinh nghiệm thu được trong một ngày tính toán có thể tương đương nhiều năm vận hành máy thật.
Cần lưu ý: lợi thế này giảm khi mô phỏng phải mô tả tiếp xúc phức tạp hoặc vật biến dạng, vì lúc đó chi phí tính toán cho mỗi bước tăng vọt. Không phải môi trường mô phỏng nào cũng nhanh.
Biết đáp án đúng
Đây là lợi thế ít được nói tới nhưng rất quan trọng.
Trong mô phỏng, hệ thống biết chính xác vật ở đâu, nặng bao nhiêu, ma sát bằng bao nhiêu, tay kẹp đang tiếp xúc ở điểm nào. Đây là dữ liệu tham chiếu hoàn hảo mà trên máy thật phải đo bằng cảm biến, và mọi phép đo đều có sai số.
Nhờ vậy có thể huấn luyện các mô hình nhận biết mà không cần gán nhãn thủ công: mô phỏng tự sinh ra nhãn. Với các bài toán như ước lượng tư thế vật thể, đây là lợi thế rất lớn.
Thử được những thứ không dám thử ngoài đời
Trong mô phỏng, robot va vào tường không hỏng gì, làm rơi vật không vỡ gì, và có thể thử một nghìn cách sai để tìm ra cách đúng.
Điều này đặc biệt quan trọng ở giai đoạn đầu, khi chính sách còn kém và hành vi hoàn toàn khó lường.
Ngoài huấn luyện, mô phỏng còn là nơi kiểm thử. Trước khi cập nhật một chính sách lên robot thật, chạy nó qua một tập tình huống khó trong mô phỏng là cách rẻ để phát hiện hành vi bất thường.
Nhiều nhóm còn dùng mô phỏng để tái hiện sự cố đã xảy ra ngoài đời, việc mà trên máy thật vừa nguy hiểm vừa khó lặp lại.
Những gì mô phỏng không cho
Để cân bằng, đây là mặt còn lại.
- Ma sát và tiếp xúc vẫn là phần mô phỏng kém nhất. Đây lại đúng là phần quyết định trong thao tác vật thể.
- Vật biến dạng — vải, dây, thực phẩm — mô phỏng rất tốn kém và vẫn kém chính xác.
- Nhiễu cảm biến thật: bụi trên ống kính, ánh sáng loá, tín hiệu chập chờn do cáp mòn.
- Sự xuống cấp của phần cứng theo thời gian, thứ mà mọi mô hình đều bỏ qua.
Vì vậy cách làm phổ biến không phải chọn một trong hai, mà là học trong mô phỏng rồi tinh chỉnh trên máy thật. Mô phỏng lo phần khối lượng lớn, máy thật lo phần chi tiết mà mô phỏng mô tả sai.
Câu hỏi thường gặp
Có thể bỏ qua mô phỏng và học thẳng trên máy thật không?
Với học bắt chước từ dữ liệu người làm mẫu thì có, và nhiều hệ thống thao tác làm đúng như vậy. Với học bằng thử sai thì gần như không, vì số lần thử cần thiết vượt xa những gì một thiết bị thật chịu được.
Mô phỏng có cần giống thật đến mức nào?
Không cần giống ở mọi khía cạnh, chỉ cần đúng ở những khía cạnh nhiệm vụ phụ thuộc vào. Một mô phỏng đơn giản nhưng mô tả đúng động lực học quan trọng thường hữu ích hơn một mô phỏng đẹp mắt nhưng sai ở chỗ then chốt.
Vì sao mô phỏng tiếp xúc lại khó?
Vì tiếp xúc là hiện tượng gián đoạn: lực xuất hiện đột ngột khi hai vật chạm nhau và phụ thuộc rất nhạy vào hình dạng bề mặt, độ cứng và ma sát. Các tham số này khó đo chính xác ngoài đời và thuật toán phải xấp xỉ, nên sai số dễ tích luỹ.
Chi phí tính toán cho mô phỏng có lớn không?
Tuỳ độ phức tạp. Môi trường đơn giản với vật cứng chạy rất nhanh và rẻ. Môi trường có nhiều điểm tiếp xúc, vật biến dạng hoặc mô phỏng chất lỏng thì tốn kém, và khi đó lợi thế về tốc độ so với máy thật giảm đi đáng kể.
Đọc thêm trong Dữ liệu thao tác & điều khiển từ xa và Mô hình thị giác–ngôn ngữ–hành động.