Technologie d’infographie informatique adaptée pour la robotique molle

Les scientifiques de l’Université de Californie, Los Angeles (UCLA) et de l’Université Carnegie Mellon ont adapté une technologie d’infographie informatique sophistiquée pour la robotique molle. Ils ont utilisé la même technologie que les animateurs de films d’animation et les développeurs de jeux vidéo pour créer des images très détaillées, telles que les cheveux et les tissus dans les films d’animation. Elle est maintenant utilisée par les scientifiques pour simuler des robots à membres mous et leurs mouvements. 

Le travail a été publié dans Nature Communications le 6 mai. L’article est intitulé « Simulation dynamique de robots mous articulés ».

Khalid Jawed est l’auteur de l’étude et professeur adjoint de génie mécanique et aérospatiale à l’École d’ingénierie Samueli de l’UCLA. 

« Nous avons réalisé une simulation plus rapide que la vitesse réelle de robots mous, et c’est un grand pas vers de tels robots qui sont autonomes et peuvent planifier leurs actions par eux-mêmes », a déclaré Jawed. « Les robots mous sont faits de matériaux flexibles qui les rendent intrinsèquement résistants aux dommages et potentiellement beaucoup plus sûrs en interaction avec les humains. Avant cette étude, prédire le mouvement de ces robots a été difficile car ils changent de forme pendant l’opération. »

Technologies DER et FEM

Un algorithme appelé tiges élastiques discrètes (DER) est souvent utilisé dans la création de films pour animer des objets à flux libre. En une fraction de seconde, DER est capable de prédire des centaines de mouvements. 

Les chercheurs ont cherché à utiliser DER pour développer un moteur de physique capable de simuler les mouvements de robots bio-inspirés. Ils ont également voulu l’utiliser pour les robots qui existent dans des environnements difficiles, comme ceux développés pour Mars ou sous l’eau. 

La méthode des éléments finis (FEM) est également une technologie basée sur un algorithme, et elle est capable de simuler les mouvements de robots solides et rigides. Cependant, FEM n’est pas idéal pour les mouvements mous et naturels et le niveau de détail requis. De plus, FEM repose sur une grande puissance de calcul et nécessite de longues périodes de temps. 

Pour développer et simuler des robots mous, les roboticistes ont recours à des méthodes d’essais et d’erreurs. 

Carmel Majidi est professeur adjoint de génie mécanique à la Faculté d’ingénierie de Carnegie Mellon. 

« Les robots faits de matériaux durs et rigides sont relativement faciles à modéliser à l’aide d’outils de simulation informatique existants », a déclaré Majidi. « Jusqu’à présent, il n’y avait pas de bons outils logiciels pour simuler les robots qui sont mous et compressibles. Notre travail est l’un des premiers à démontrer comment les robots mous peuvent être simulés avec succès à l’aide du même logiciel d’infographie informatique qui a été utilisé pour modéliser les cheveux et les tissus dans les films à succès et les films d’animation. »

Les chercheurs ont commencé à collaborer dans le laboratoire de machines molles de Majidi il y a plus de trois ans. Leur projet le plus récent impliquait Jawed exécutant des simulations dans son laboratoire de recherche à l’UCLA et Majidi effectuant des expériences physiques pour confirmer les résultats de la simulation. 

L’outil de simulation réduit considérablement le temps nécessaire pour que le robot mou atteigne le point d’application. 

Soutien du Bureau de recherche de l’armée

La recherche a été financée en partie par le Bureau de recherche de l’armée, qui fait partie du Laboratoire de recherche de l’armée du Commandement de développement des capacités de combat de l’armée des États-Unis. 

Le Dr Samuel Stanton est un gestionnaire de programme au Bureau de recherche de l’armée. 

« Les progrès expérimentaux dans la robotique molle ont dépassé la théorie pendant plusieurs années », a déclaré Stanton. « Cet effort est un grand pas dans notre capacité à prédire et concevoir pour la dynamique et le contrôle dans des robots très déformables fonctionnant dans des espaces confinés avec des contacts complexes et des environnements en constante évolution. »

La technologie est maintenant explorée et testée sur d’autres types de robots mous. L’un de ces domaines est les robots basés sur les mouvements de bactéries et d’étoiles de mer, qui pourraient être utilisés dans des tâches d’océanographie telles que la surveillance des conditions des eaux de mer ou l’inspection de la vie marine.