Tehnologia Graficii pe Calculator Adaptată pentru Robotică Moale

Oamenii de știință de la Universitatea din California, Los Angeles (UCLA) și Universitatea Carnegie Mellon au adaptat o tehnologie avansată de grafică pe calculator pentru robotică moale. Ei au folosit aceeași tehnologie pe care o utilizează animatorii de film și dezvoltatorii de jocuri video pentru a crea imagini foarte detaliate, cum ar fi părul și țesăturile în filmele animate. Acum, această tehnologie este utilizată de către oamenii de știință pentru a simula roboți moi și mișcările lor.

Lucrarea a fost publicată în Nature Communications pe 6 mai. Articolul se intitulează „Simularea Dinamică a Roboților Moi Articulați.”

Khalid Jawed este autorul studiului și profesor asistent de inginerie mecanică și aerospațială la Școala de Inginerie UCLA Samueli.

“Am obținut o simulare mai rapidă decât timpul real a roboților moi, și acesta este un pas important către roboți autonomi care pot planifica acțiunile lor singuri,” a spus Jawed. “Roboții moi sunt fabricați din materiale flexibile, ceea ce îi face în mod intrinsic rezistenți la deteriorări și potențial mult mai siguri în interacțiunea cu oamenii. Înainte de acest studiu, predicția mișcării acestor roboți a fost dificilă, deoarece ei schimbă forma în timpul funcționării.”

Tehnologiile DER și FEM

Un algoritm numit tijele elastice discrete (DER) este adesea utilizat în producția de filme pentru a anima obiecte cu flux liber. În doar o fracțiune de secundă, DER poate prezice sute de mișcări.

Cercetătorii au încercat să utilizeze DER pentru a dezvolta un motor de fizică capabil să simuleze mișcările roboților bio-inspirați. Ei au dorit, de asemenea, să-l utilizeze pentru roboți care există în medii dificile, cum ar fi cei dezvoltați pentru Marte sau sub apă.

Metoda elementului finit (FEM) este, de asemenea, o tehnologie bazată pe algoritmi, și este capabilă să simuleze mișcările roboților solizi și rigizi. Cu toate acestea, FEM nu este ideal atunci când vine vorba de mișcări moi și naturale și de nivelul necesar de detaliu. În plus, FEM se bazează pe o cantitate mare de putere de calcul și necesită perioade lungi de timp.

Pentru a dezvolta și simula roboți moi, roboticienii s-au bazat pe metode de încercare și eroare.

Carmel Majidi este profesor asistent de inginerie mecanică la Facultatea de Inginerie a Universității Carnegie Mellon.

“Roboții fabricați din materiale dure și inflexibile sunt relativ ușor de modelat utilizând instrumentele de simulare pe computer existente,” a spus Majidi. “Până acum, nu au existat instrumente software bune pentru a simula roboți care sunt moi și moi. Lucrarea noastră este una dintre primele care demonstrează cum roboții moi pot fi simulați cu succes utilizând aceeași software de grafică pe computer care a fost utilizată pentru a modela părul și țesăturile în filmele de blockbuster și filmele animate.”

Cercetătorii au început să colaboreze în Laboratorul de Mașini Moi al lui Majidi acum trei ani. Proiectul lor cel mai recent a implicat simulări ale lui Jawed în laboratorul său de cercetare de la UCLA și experimente fizice ale lui Majidi pentru a confirma rezultatele simulării.

Instrumentul de simulare reduce drastic timpul necesar pentru a aduce un robot moale la punctul de aplicare.

Sprijin din partea Biroului de Cercetare al Armatei

Cercetarea a fost parțial finanțată de Biroul de Cercetare al Armatei, care este parte a Laboratorului de Cercetare al Armatei Combat Capabilities Development Command.

Dr. Samuel Stanton este manager de program în cadrul Biroului de Cercetare al Armatei.

“Progresele experimentale în robotică moale au depășit teoria de mai mulți ani,” a spus Stanton. “Această încercare este un pas semnificativ în capacitatea noastră de a prezice și proiecta pentru dinamică și control în roboți foarte deformabili care funcționează în spații închise cu contacte complexe și medii în schimbare.”

Tehnologia este acum explorată și încercată pe alte tipuri de roboți moi. Una dintre aceste domenii este roboții care se bazează pe mișcările bacteriilor și stelelor de mare, care ar putea fi utilizate în sarcini de oceanografie, cum ar fi monitorizarea condițiilor apei de mare sau inspectarea vieții marine.