تقنية الرسومات الحاسوبية المعدلة للاستخدام في الروبوتات الناعمة

قام علماء من جامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس (UCLA) و جامعة كارنيجي ميلون بتعديل تقنية الرسومات الحاسوبية المتقدمة للاستخدام في الروبوتات الناعمة. استخدموا نفس التكنولوجيا التي يعتمد عليها مصممو الرسوم المتحركة وألعاب الفيديو لإنشاء صور مفصلة، مثل الشعر والقماش في الأفلام المتحركة.，现在 يتم استخدامها من قبل العلماء لمحاكاة الروبوتات الناعمة ذات الأطراف والحركات.

نشرت الدراسة في Nature Communications في 6 مايو. عنوان الورقة هو “محاكاة ديناميكية للروبوتات الناعمة المفصلية”.

خالد جويد هو مؤلف الدراسة وأستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية والفضائية في مدرسة الهندسة في UCLA Samueli.

“لقد حققنا محاكاة أسرع من الوقت الحقيقي للروبوتات الناعمة، وهذا هو خطوة كبيرة نحو روبوتات يمكنها التخطيط لactionsها بنفسها،” قال جويد. “الروبوتات الناعمة مصنوعة من مواد مرنة مما يجعلها متأثرة بشكل طبيعي بالضرر وآمنة بشكل أكبر في التفاعل مع البشر. قبل هذه الدراسة، كان من الصعب توقع حركة هذه الروبوتات لأنها تتغير الشكل أثناء التشغيل.”

تقنيات DER و FEM

خوارزمية تسمى قضبان مرنة منفصلة (DER) غالبًا ما تستخدم في صناعة الأفلام لتحريك الأجسام المتدفقة. في جزء من الثانية، يمكن لـ DER توقع مئات الحركات.

أراد الباحثون استخدام DER لتطوير محرك فيزيائي قادر على محاكاة حركة الروبوتات الملهمة حيوياً. كما أرادوا استخدامه لروبوتات موجودة في بيئات صعبة، مثل تلك المطورة للمريخ أو تحت الماء.

طريقة العناصر المنفصلة (FEM) هي أيضًا تكنولوجيا قائمة على الخوارزمية، وقادرة على محاكاة حركة الروبوتات الصلبة والصلبة. ومع ذلك، FEM ليست مثالية عند التعامل مع الحركات الناعمة والطبيعية ومستوى التفاصيل المطلوبة. بالإضافة إلى ذلك، FEM تعتمد على قدر كبير من القوة الحاسوبية وتتطلب فترات طويلة من الوقت.

为了 تطوير و محاكاة الروبوتات الناعمة، اعتمد روبوتيستون على أساليب التجربة والخطأ.

كارمل ماجيدي هو أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية في كلية الهندسة في جامعة كارنيجي ميلون.

“الروبوتات المصنوعة من مواد صلبة و غير مرنة سهلة النمذجة باستخدام أدوات المحاكاة الحاسوبية الحالية،” قال ماجيدي. “حتى الآن، لم تكن هناك أدوات برمجية جيدة لمحاكاة الروبوتات الناعمة واللزجة. عملنا هو واحد من الأولين الذين أظهروا كيف يمكن محاكاة الروبوتات الناعمة بنجاح باستخدام نفس برنامج الرسومات الحاسوبية الذي تم استخدامه لنمذجة الشعر والاقمشة في الأفلام السينمائية والرسوم المتحركة.”

بدأت الباحثون التعاون في مختبر ماجيدي Soft Machines قبل ثلاث سنوات. كان مشروعهم الأخير يتضمن تشغيل جويد لمحاكاة في مختبره البحثي في UCLA وماجيدي لأداء تجارب فيزيائية لتأكيد نتائج المحاكاة.

أداة المحاكاة تقلل بشكل كبير من الوقت اللازم لجعل روبوت ناعم يصل إلى نقطة التطبيق.

الدعم من مكتب أبحاث الجيش

كان البحث مدعومًا جزئيًا من مكتب أبحاث الجيش، وهو جزء من مختبر أبحاث الجيش التابع لقسم تطوير القدرات القتالية للجيش الأمريكي.

الدكتور صموئيل ستانتون هو مدير برنامج في مكتب أبحاث الجيش.

“التقدم التجريبي في الروبوتات الناعمة كان يسبق النظرية لعدة سنوات،” قال ستانتون. “هذا الجهد هو خطوة كبيرة في khảيتنا لتوقع وتصميم الديناميات والتحكم في الروبوتات القابلة للتأثر بشدة وتعمل في مساحات محصورة مع اتصالات معقدة وبيئات متغيرة باستمرار.”

الآن يتم استكشاف التكنولوجيا ومحاولة استخدامها على أنواع أخرى من الروبوتات الناعمة. واحدة من تلك المجالات هي الروبوتات التي تعتمد على حركة البكتيريا والنجوم البحرية، والتي يمكن استخدامها في مهام المحيطات مثل مراقبة状态 المياه البحرية أو فحص الحياة البحرية.