Tecnología de Gráficos por Computadora Adaptada para Robótica Suave

Los científicos de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) y la Universidad Carnegie Mellon han adaptado una sofisticada tecnología de gráficos por computadora para la robótica suave. Utilizaron la misma tecnología que los animadores de películas y los desarrolladores de videojuegos confían en para crear imágenes muy detalladas, como el cabello y la ropa en las películas animadas. Ahora se utiliza para simular robots suaves y articulados y sus movimientos.

El trabajo se publicó en Nature Communications el 6 de mayo. El artículo se titula “Simulación Dinámica de Robots Suaves Articulados”.

Khalid Jawed es el autor del estudio y profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA.

“Hemos logrado una simulación más rápida que en tiempo real de robots suaves, y esto es un paso importante hacia robots que sean autónomos y puedan planificar sus acciones por sí mismos”, dijo Jawed. “Los robots suaves están hechos de material flexible, lo que los hace inherentemente resistentes a los daños y potencialmente mucho más seguros en la interacción con los humanos. Antes de este estudio, predecir el movimiento de estos robots ha sido un desafío porque cambian de forma durante la operación”.

Tecnologías DER y FEM

Un algoritmo llamado varillas elásticas discretas (DER) se utiliza a menudo en la creación de películas para animar objetos que fluyen libremente. En solo una fracción de segundo, DER puede predecir cientos de movimientos.

Los investigadores se propusieron utilizar DER para desarrollar un motor de física capaz de simular los movimientos de robots bioinspirados. También querían utilizarlo para robots que existen en entornos difíciles, como los desarrollados para Marte o bajo el agua.

El método de elementos finitos (FEM) también es una tecnología basada en algoritmos, y puede simular los movimientos de robots sólidos y rígidos. Sin embargo, FEM no es ideal cuando se trata de movimientos suaves y naturales y del nivel de detalle requerido. Además, FEM depende de mucha potencia computacional y requiere largos períodos de tiempo.

Para desarrollar y simular robots suaves, los roboticistas han confiado en métodos de prueba y error.

Carmel Majidi es profesor asistente de ingeniería mecánica en la Facultad de Ingeniería de Carnegie Mellon.

“Los robots hechos de materiales duros e inflexibles son relativamente fáciles de modelar utilizando herramientas de simulación por computadora existentes”, dijo Majidi. “Hasta ahora, no ha habido buenas herramientas de software para simular robots que son suaves y esponjosos. Nuestro trabajo es uno de los primeros en demostrar cómo los robots suaves pueden ser simulados con éxito utilizando el mismo software de gráficos por computadora que se ha utilizado para modelar cabello y telas en películas y películas animadas de gran presupuesto”.

Los investigadores comenzaron a colaborar en el laboratorio de Máquinas Suaves de Majidi hace más de tres años. Su proyecto más reciente involucró a Jawed ejecutando simulaciones en su laboratorio de investigación en UCLA y a Majidi realizando experimentos físicos para confirmar los resultados de la simulación.

La herramienta de simulación reduce drásticamente el tiempo que se necesita para que un robot suave llegue al punto de aplicación.

Apooyo de la Oficina de Investigación del Ejército

La investigación fue financiada en parte por la Oficina de Investigación del Ejército, que es parte del Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de los Estados Unidos.

El Dr. Samuel Stanton es gerente de programas en la Oficina de Investigación del Ejército.

“Los avances experimentales en robótica suave han estado superando a la teoría durante varios años”, dijo Stanton. “Este esfuerzo es un paso significativo en nuestra capacidad para predecir y diseñar para la dinámica y el control en robots altamente deformables que operan en espacios confinados con contactos complejos y entornos que cambian constantemente”.

La tecnología ahora se está explorando y probando en otros tipos de robots suaves. Una de esas áreas es robots que se basan en los movimientos de las bacterias y las estrellas de mar, que podrían utilizarse en tareas de oceanografía como monitorear las condiciones del agua de mar o inspeccionar la vida marina.