Teknologi Grafis Komputer yang Disesuaikan untuk Robotik Lunak

Ilmuwan dari University of California, Los Angeles (UCLA) dan Carnegie Mellon University telah menyesuaikan teknologi grafis komputer canggih untuk robotik lunak. Mereka menggunakan teknologi yang sama yang digunakan oleh animator film gerak dan pengembang game untuk menciptakan gambar yang sangat detail, seperti rambut dan kain dalam film animasi. Sekarang, teknologi tersebut digunakan oleh ilmuwan untuk mensimulasikan robot lunak yang memiliki anggota tubuh dan gerakan.

Penelitian ini dipublikasikan di Nature Communications pada tanggal 6 Mei. Makalah tersebut berjudul “Simulasi Dinamis Robot Lunak yang Terartikulasi.”

Khalid Jawed adalah penulis studi dan asisten profesor teknik mesin dan aerospace di UCLA Samueli School of Engineering.

“Kami telah mencapai simulasi yang lebih cepat dari waktu nyata untuk robot lunak, dan ini adalah langkah besar menuju robot yang dapat beroperasi secara otonom dan merencanakan tindakan mereka sendiri,” kata Jawed. “Robot lunak terbuat dari bahan yang fleksibel yang membuatnya secara intrinsik tahan terhadap kerusakan dan potensialnya lebih aman dalam interaksi dengan manusia. Sebelum studi ini, memprediksi gerakan robot ini telah menjadi tantangan karena mereka berubah bentuk selama operasi.”

Teknologi DER dan FEM

Algoritma yang disebut batang elastis diskrit (DER) sering digunakan dalam pembuatan film untuk menganimasikan objek yang mengalir bebas. Dalam sepersekian detik, DER dapat memprediksi ratusan gerakan.

Peneliti berusaha untuk menggunakan DER untuk mengembangkan mesin fisika yang dapat mensimulasikan gerakan robot yang terinspirasi oleh biologi. Mereka juga ingin menggunakannya untuk robot yang ada di lingkungan yang sulit, seperti yang dikembangkan untuk Mars atau bawah air.

Metode elemen terbatas (FEM) juga merupakan teknologi berbasis algoritma, dan dapat mensimulasikan gerakan robot yang solid dan kaku. Namun, FEM tidak ideal ketika datang ke gerakan lunak dan alami serta tingkat detail yang diperlukan. Selain itu, FEM bergantung pada banyak kekuatan komputasi dan memerlukan waktu lama.

Untuk mengembangkan dan mensimulasikan robot lunak, roboticist telah bergantung pada metode trial-and-error.

Carmel Majidi adalah profesor asosiasi teknik mesin di Carnegie Mellon’s College of Engineering.

“Robot yang terbuat dari bahan yang keras dan kaku relatif mudah untuk dimodelkan menggunakan alat simulasi komputer yang ada,” kata Majidi. “Sampai sekarang, belum ada alat perangkat lunak yang baik untuk mensimulasikan robot yang lunak dan empuk. Penelitian kami adalah salah satu yang pertama untuk menunjukkan bagaimana robot lunak dapat disimulasikan dengan menggunakan perangkat lunak grafis komputer yang sama yang telah digunakan untuk memodelkan rambut dan kain dalam film blockbuster dan film animasi.”

Peneliti mulai berkolaborasi di Laboratorium Mesin Lunak Majidi lebih dari tiga tahun yang lalu. Proyek terbaru mereka melibatkan Jawed yang menjalankan simulasi di laboratorium penelitiannya di UCLA dan Majidi yang melakukan eksperimen fisik untuk mengkonfirmasi hasil simulasi.

Alat simulasi ini secara drastis mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan robot lunak ke titik aplikasi.

Dukungan dari Kantor Penelitian Angkatan Darat

Penelitian ini sebagian didanai oleh Kantor Penelitian Angkatan Darat, yang merupakan bagian dari Laboratorium Penelitian Angkatan Darat Komando Pengembangan Kemampuan Tempur Angkatan Darat AS.

Dr. Samuel Stanton adalah manajer program dengan Kantor Penelitian Angkatan Darat.

“Kemajuan eksperimental dalam robotik lunak telah melampaui teori selama beberapa tahun,” kata Stanton. “Upaya ini adalah langkah besar dalam kemampuan kita untuk memprediksi dan merancang untuk dinamika dan kontrol dalam robot yang sangat dapat diubah yang beroperasi di ruang yang terbatas dengan kontak yang kompleks dan lingkungan yang terus berubah.”

Teknologi ini sekarang sedang dieksplorasi dan dicoba pada jenis robot lunak lainnya. Salah satu area tersebut adalah robot yang berbasis pada gerakan bakteri dan bintang laut, yang dapat digunakan dalam tugas oceanografi seperti memantau kondisi air laut atau memeriksa kehidupan laut.