Τεχνολογία Γραφικών Υπολογιστή Προσαρμοσμένη για Ρομποτική Λόγω

Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Λος Άντζελες (UCLA) και το Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon έχουν προσαρμόσει την προηγμένη τεχνολογία γραφικών υπολογιστή για ρομποτική λόγω. Χρησιμοποίησαν την ίδια τεχνολογία που χρησιμοποιούν οι animators κινηματογραφικών ταινιών και οι dévelopers βιντεοπαιχνιδιών για να δημιουργήσουν πολύ λεπτομερείς εικόνες, όπως τα μαλλιά και τα υφάσματα στις ταινίες animation. Τώρα χρησιμοποιείται από τους επιστήμονες για να προσομοιώσουν ρομποτικά με μαλακά και κινητά μέρη και τις κινήσεις τους.

Το έργο δημοσιεύθηκε στο Nature Communications στις 6 Μαΐου. Το έγγραφο έχει τον τίτλο “Δυναμική Προσομοίωση Ρομποτικών Λόγω.”

Ο Khalid Jawed είναι ο συγγραφέας της μελέτης και αναπληρωτής καθηγητής μηχανολογικής και αεροδιαστημικής μηχανικής στο UCLA Samueli School of Engineering.

“Έχουμε επιτύχει προσομοίωση ρομποτικών λόγω ταχύτερη από την πραγματική ώρα και αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα προς τα ρομποτικά αυτά που είναι αυτόνομα και μπορούν να σχεδιάσουν τις δικές τους ενέργειες”, είπε ο Jawed. “Τα ρομποτικά λόγω είναι κατασκευασμένα από εύκαμπτο υλικό, το οποίο τα κάνει εγγενώς ανθεκτικά στις ζημιές και πιθανώς πολύ ασφαλέστερα στην αλληλεπίδραση με τους ανθρώπους. Πριν από αυτή τη μελέτη, η πρόβλεψη της κίνησης αυτών των ρομποτικών ήταν δύσκολη επειδή αλλάζουν σχήμα κατά τη λειτουργία τους.”

Τεχνολογίες DER και FEM

Ένας αλγόριθμος που ονομάζεται διακριτά ελαστικά ράβdoi (DER) χρησιμοποιείται συχνά στην κινηματογραφική βιομηχανία για να animate ελεύθερα αντικείμενα. Σε μια κλάσμα του δευτερολέπτου, το DER είναι ικανό να προβλέψει εκατοντάδες κινήσεις.

Οι ερευνητές αποφάσισαν να χρησιμοποιήσουν το DER για να αναπτύξουν einen φυσικό κινητήρα ικανό να προσομοιώσει τις κινήσεις των βιο-πρωτοτύπων ρομποτικών. Επίσης, ήθελαν να το χρησιμοποιήσουν για ρομποτικά που υπάρχουν σε δύσκολα περιβάλλοντα, όπως αυτά που αναπτύχθηκαν για τον Άρη ή το νερό.

Η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων (FEM) είναι επίσης μια αλγοριθμική τεχνολογία και είναι ικανή να προσομοιώσει τις κινήσεις των στερεών και σκληρών ρομποτικών. Ωστόσο, η FEM δεν είναι ιδανική όταν πρόκειται για μαλακές, φυσικές κινήσεις και το απαιτούμενο επίπεδο λεπτομέρειας. Εκτός από αυτό, η FEM βασίζεται σε πολλή υπολογιστική ισχύ και απαιτεί μεγάλα χρονικά διαστήματα.

Για να αναπτύξουν και να προσομοιώσουν ρομποτικά λόγω, οι ρομποτικοί έχουν βασιστεί σε μεθόδους δοκιμής και λάθους.

Ο Carmel Majidi είναι αναπληρωτής καθηγητής μηχανολογικής μηχανικής στο Carnegie Mellon’s College of Engineering.

“Τα ρομποτικά που κατασκευάζονται από σκληρά και άκαμπτα υλικά είναι σχετικά εύκολα να μοντελοποιηθούν με τα υπάρχοντα εργαλεία προσομοίωσης υπολογιστή”, είπε ο Majidi. “Μέχρι τώρα, δεν υπήρχαν καλά λογισμικά εργαλεία για να προσομοιώσουν ρομποτικά που είναι μαλακά και σφουγγαρά. Η δουλειά μας είναι μια από τις πρώτες που αποδεικνύει πώς τα ρομποτικά λόγω μπορούν να προσομοιωθούν με succès χρησιμοποιώντας το ίδιο λογισμικό γραφικών υπολογιστή που έχει χρησιμοποιηθεί για να μοντελοποιηθούν τα μαλλιά και τα υφάσματα στις ταινίες blockbuster και τα animated movies.”

Οι ερευνητές άρχισαν να συνεργάζονται στο Soft Machines Lab του Majidi πριν από τρία χρόνια. Το πιο πρόσφατο έργο τους περιελάμβανε τον Jawed να τρέχει προσομοιώσεις στο εργαστήριό του στο UCLA και τον Majidi να thựcεί φυσικά πειράματα για να επιβεβαιώσει τα αποτελέσματα της προσομοίωσης.

Το εργαλείο προσομοίωσης μειώνει δραστικά τον χρόνο που απαιτείται για να φτάσει ένα ρομποτικό λόγω στο σημείο εφαρμογής.

Υποστήριξη από το Γραφείο Έρευνας του Στρατού

Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε εν μέρει από το Γραφείο Έρευνας του Στρατού, το οποίο είναι μέρος του Εργαστηρίου Έρευνας του Στρατού του Στρατού Combat Capabilities Development Command.

Ο Δρ. Samuel Stanton είναι προγραμματιστής στο Γραφείο Έρευνας του Στρατού.

“Οι πειραματικές προόδους στη ρομποτική λόγω έχουν ξεπεράσει τη θεωρία για αρκετά χρόνια”, είπε ο Stanton. “Αυτή η προσπάθεια είναι ένα σημαντικό βήμα στην ικανότητά μας να προβλέψουμε και να σχεδιάσουμε για δυναμική και έλεγχο σε高度 деформABLE ρομποτικά που λειτουργούν σε περιορισμένα χώρια με σύνθετες επαφές και συνεχώς μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα.”

Η τεχνολογία εξετάζεται τώρα και δοκιμάζεται σε άλλα είδη ρομποτικών λόγω. Một από τις περιοχές είναι τα ρομποτικά που βασίζονται στις κινήσεις των βακτηρίων και των αστεριών, τα οποία θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε ωκεανογραφικές εργασίες όπως η παρακολούθηση των θαλάσσιων συνθηκών ή η επιθεώρηση της θαλάσσιας ζωής.