로보그라머 시스템, 로봇 디자인 자동화 및 최적화

로봇의 모양은 로봇이 수행할 수 있는 작업과 운영할 수 있는 환경을 결정한다. 현재 기술적 제한으로 인해 모든 형태의 로봇을 구축하고 테스트할 수는 없지만, MIT 연구자들이 개발한 새로운 시스템을 통해 이러한 많은 형태를 시뮬레이션할 수 있다. 시뮬레이션 후, 그룹에서 최고의 것을 선택할 수 있다.

새로운 시스템은 로보그라머라고 불리며, 첫 번째 단계는 로봇 부품이 무엇인지 알려주는 것이다. 예를 들어, 바퀴와 조인트가 있다. 그런 다음 로봇이 작동할 지형을 지정하면 된다. 로보그라머는 최적화된 구조와 제어 프로그램을 생성한다.

로봇 디자인 분야 발전

새로운 시스템은 아직 대부분 수동으로 진행되는 고급 분야에서 큰 발전이다.

앨런 자오(Allan Zhao)는 연구의 첫 저자이자 MIT 컴퓨터 과학 및 인공 지능 연구소(CSAIL)의 박사 과정 학생이다.

“로봇 디자인은 아직 매우 수동적인 과정입니다”라고 자오는 말한다. 로보그라머 시스템은 “새로운, 더 발명적이고 로봇 디자인을 생성하는 방법이며, 잠재적으로 더 효과적일 수 있습니다.”

이 연구는 이번 달에 SIGGRAPH Asia 컨퍼런스에서 발표될 예정이다.

자오에 따르면, 로봇은 모든 종류의 작업을 위해 구축되지만 “그們은 모두 매우 유사한 모양과 디자인을 가지고 있다. 다양한 지형을 건너야 하는 로봇을 구축할 때, 즉시 사족으로 이동한다. 우리는 그것이 정말 최적의 디자인인지 궁금했다”고 한다.

팀은 더 혁신적인 디자인을 생성하여 더好的 결과를 얻을 수 있을 것이라고 믿었다. 이는为什么 họ가 컴퓨터 모델을 생성한 이유이다. 시스템은 이전 규칙에 의해 영향을 받지 않았으며, 몇 가지 규칙이 적용되었다.

자오는 가능한 로봇 형태의 수집이 “주로 무의미한 디자인으로 구성되어 있다”고 쓴다. “만약 당신이 부분을 임의로 연결할 수 있다면, 당신은 혼란에 빠진다.”

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그래프 그라머

팀은 “그래프 그라머”를 개발하기 위해 노력했다. 그래프 그라머는 로봇의 구성 요소를 배열하는 방법을 제한한다. 이것은 각 컴퓨터 생성 디자인의 기본 수준에서 작동한다. 예를 들어, 관절 대신 다리 세그먼트를 연결할 수 없다.

자오는 그래프 그라머의 규칙을 설계할 때 동물, 특히 절지동물에서 영감을 받았다.

절지동물은 “중앙 몸체와 가변적인 세그먼트 수를 가지고 있다. 일부 세그먼트에는 다리가 附着할 수 있다”고 자오는 말한다. “그리고 우리는 그것이 충분히 설명할 수 있는 것을 발견했다. 그것은 절지동물뿐만 아니라 더 친숙한 형태도 설명할 수 있다.”

그래프 그라머를 사용하여, 로보그라머는 세 단계로 작동한다. 첫 번째 단계는 문제를 정의한다. 두 번째 단계는 가능한 로봇 솔루션을 설계한다. 세 번째 단계는 최적의 솔루션을 선택한다.

인간 사용자는 문제 정의와 로봇 구성 요소 세트 입력에 책임이 있다. 사용자는 또한 로봇이 작동할 지형을 입력한다.

“그것은 실제로 로봇을 구축하는 데 매우 중요하다”고 자오는 말한다.

수십만 개의 구조

로보그라머는 그래프 그라머 규칙을 사용하여 다양한 형태의 수십만 개의 로봇 구조를 생성한다.

“우리는 디자인의 다양성을 보면서 영감을 받았다”고 자오는 말한다. “그것은 그라머의 표현력을 보여준다.”

그러나 모든 디자인은 좋지 않으며, 최好的 것을 선택하는 것은 각 로봇의 동작과 기능을 평가해야 한다.

“지금까지 로봇은 구조일 뿐이다”고 자오는 말한다.

팀은 모델 예측 제어라는 알고리즘을 통해 각 로봇에 대한 컨트롤러를 개발했다. 이 알고리즘은 빠른 전진 운동을 우선시한다. 이것이 구조를 발전시키는 것이다.

“로봇의 모양과 컨트롤러는 깊이 관련되어 있다. 그것은 왜 우리는 각 로봇에 대해 개별적으로 최적화된 컨트롤러를 생성해야 하는지 설명한다”고 자오는 말한다.

연구자들은 신경망 알고리즘을 사용하여 높은 성능의 로봇을 찾는다. 알고리즘은 다양한 로봇 세트를 샘플링하고 평가하며, 어떤 디자인들이 어떤 작업에 효과적인지 학습한다.

지금까지 모든 것이 인간의 개입 없이 진행된다.

“이 연구는 로봇의 형태와 제어를 자동으로 설계하는 25년간의 탐구의 정점이다”라고 컬럼비아 대학교의 기계 공학자이자 컴퓨터 과학자인 호드 리프슨(Hod Lipson)은 말한다. 그는 이 연구에 참여하지 않았다. “형태-그라머를 사용하는 아이디어는 이미 오래전부터 있었지만, nowhere에서 이 아이디어가 이렇게 아름답게 실행된 적이 없다. 한번에 기계가 로봇을 설계하고, 제작하고, 프로그래밍할 수 있게 되면, 모든 것이 가능해진다.”

자오에 따르면, 로보그라머는 “로봇 디자이너가 로봇 구조를 설계할 때 참고할 수 있는 도구이다.”

팀은 이제 실제로 로봇을 구축하고 테스트할 계획이며, 자오는 이 시스템이 지형을 넘어 가상 세계와 같은 분야로 확장될 수 있다고 말한다.

“가상 세계에서 많은 로봇을 생성하고 싶지만, 각 로봇을 생성하기 위해 아티스트가 필요하지 않다면, 로보그라머는 거의 즉시 작동할 것이다”고 자오는 말한다.