सॉफ्ट रोबोटिक्स के लिए कंप्यूटर ग्राफिक्स तकनीक का अनुकूलन

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स (यूसीएलए) और कार्नेगी मेलन विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने सॉफ्ट रोबोटिक्स के लिए जटिल कंप्यूटर ग्राफिक्स तकनीक को अनुकूलित किया है। उन्होंने उसी तकनीक का उपयोग किया जो मोशन-पिक्चर एनिमेटर्स और वीडियो गेम डेवलपर्स विस्तृत छवियों को बनाने के लिए उपयोग करते हैं, जैसे कि एनिमेटेड फिल्मों में बाल और कपड़े। अब यह तकनीक वैज्ञानिकों द्वारा नरम, अंग वाले रोबोट और उनकी गतियों को सिम्युलेट करने के लिए उपयोग की जा रही है।

यह कार्य 6 मई को नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित किया गया था। इस लेख का शीर्षक “आर्टिकुलेटेड सॉफ्ट रोबोट्स का डायनामिक सिम्युलेशन” है।

खालिद जावेद इस अध्ययन के लेखक और यूसीएलए सैमुअली स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में मैकेनिकल और एयरोस्पेस इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर हैं।

“हमने वास्तविक समय से तेजी से सॉफ्ट रोबोट्स का सिम्युलेशन हासिल किया है, और यह स्वायत्त रोबोट्स की दिशा में एक बड़ा कदम है जो अपने कार्यों की योजना बना सकते हैं,” जावेद ने कहा। “सॉफ्ट रोबोट्स लचीले सामग्री से बने होते हैं जो उन्हें आंतरिक रूप से क्षति के प्रति प्रतिरोधी बनाता है और मानवों के साथ बातचीत में संभावित रूप से बहुत सुरक्षित हो सकता है। इस अध्ययन से पहले, इन रोबोट्स की गति की भविष्यवाणी करना चुनौतीपूर्ण था क्योंकि वे संचालन के दौरान अपना आकार बदलते हैं।”

DER और FEM तकनीक

एक एल्गोरिथ्म जिसे डिस्क्रीट इलास्टिक रॉड्स (DER) कहा जाता है, अक्सर फिल्म निर्माण में स्वतंत्र रूप से बहने वाले वस्तुओं को एनिमेट करने के लिए उपयोग किया जाता है। डीईआर केवल एक सेकंड के अंश में सैकड़ों आंदोलनों की भविष्यवाणी करने में सक्षम है।

शोधकर्ताओं ने सॉफ्ट रोबोट्स की गतियों का सिम्युलेशन करने में सक्षम एक भौतिकी इंजन विकसित करने के लिए डीईआर का उपयोग करने का लक्ष्य रखा। उन्होंने मंगल या पानी के नीचे विकसित रोबोट्स जैसे कठिन वातावरण में मौजूद रोबोट्स के लिए इसका उपयोग करना भी चाहा।

फाइनाइट एलिमेंट मेथड (एफईएम) भी एक एल्गोरिथ्म-आधारित तकनीक है, और यह ठोस और कठोर रोबोट्स की गतियों का सिम्युलेशन करने में सक्षम है। हालांकि, एफईएम नरम, प्राकृतिक आंदोलनों और आवश्यक विवरण के स्तर के लिए उपयुक्त नहीं है। इसके अलावा, एफईएम बहुत अधिक गणना शक्ति पर निर्भर करता है और लंबे समय तक चलता है।

सॉफ्ट रोबोट्स को विकसित और सिम्युलेट करने के लिए, रोबोटिक्स ने ट्रायल-एंड-एरर विधियों पर निर्भर किया है।

कार्मेल माजिदी कार्नेगी मेलन के कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग में मैकेनिकल इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर हैं।

“कठोर और अविश्वनीय सामग्री से बने रोबोट्स को मॉडल करना मौजूदा कंप्यूटर सिम्युलेशन टूल्स का उपयोग करके अपेक्षाकृत आसान है,” माजिदी ने कहा। “अब तक, सॉफ्ट और चिपचिपे रोबोट्स को सिम्युलेट करने के लिए अच्छे सॉफ्टवेयर टूल नहीं थे। हमारा काम उन पहले लोगों में से एक है जो दिखाता है कि सॉफ्ट रोबोट्स को ब्लॉकबस्टर फिल्मों और एनिमेटेड फिल्मों में बाल और कपड़े को मॉडल करने के लिए उपयोग किए जाने वाले同 एक ही कंप्यूटर ग्राफिक्स सॉफ्टवेयर का उपयोग करके सफलतापूर्वक सिम्युलेट किया जा सकता है।”

शोधकर्ताओं ने तीन साल से अधिक समय पहले माजिदी के सॉफ्ट मशीन लैब में सहयोग करना शुरू किया। उनकी सबसे हाल की परियोजना में जावेद ने अपने शोध प्रयोगशाला में सिम्युलेशन चलाना और माजिदी ने सिम्युलेशन परिणामों की पुष्टि करने के लिए शारीरिक प्रयोग करना शामिल था।

सिम्युलेशन टूल सॉफ्ट रोबोट को लागू करने में लगने वाले समय को काफी कम कर देता है।

आर्मी रिसर्च ऑफिस से समर्थन

शोध को आंशिक रूप से आर्मी रिसर्च ऑफिस द्वारा वित्त पोषित किया गया था, जो यूएस आर्मी कombat क्षमताओं विकास कमान के आर्मी रिसर्च लेबोरेटरी का एक हिस्सा है।

डॉ समुअल स्टैंटन आर्मी रिसर्च ऑफिस में एक प्रोग्राम मैनेजर हैं।

“सॉफ्ट-रोबोटिक्स में प्रायोगिक प्रगति कई वर्षों से सिद्धांत से आगे निकल गई है,” स्टैंटन ने कहा। “यह प्रयास अत्यधिक विकृत रोबोटों में गतिविधियों और नियंत्रण के लिए डिजाइन और भविष्यवाणी करने की हमारी क्षमता में एक महत्वपूर्ण कदम है जो जटिल संपर्कों और लगातार बदलते वातावरण में सीमित स्थानों में काम करते हैं।”

अब इस तकनीक को अन्य प्रकार के सॉफ्ट रोबोट्स पर भी आजमाया जा रहा है। उन क्षेत्रों में से एक बैक्टीरिया और स्टारफिश की गतियों पर आधारित रोबोट हैं, जिन्हें महासागरीय कार्यों जैसे कि समुद्र की स्थिति की निगरानी या समुद्री जीवन की जांच के लिए उपयोग किया जा सकता है।