เทคโนโลยีกราฟิกส์คอมพิวเตอร์ที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับโรบอตซอฟต์

นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแอนเจลิส (UCLA) และมหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอนได้ปรับใช้เทคโนโลยีกราฟิกส์คอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนสำหรับโรบอตซอฟต์ พวกเขาใช้เทคโนโลยีเดียวกับที่นักสร้างแอนิเมชั่นและนักพัฒนาเกมวิดีโอใช้ในการสร้างภาพที่มีรายละเอียดสูง เช่น เส้นผมและผ้าในภาพยนตร์เคลื่อนไหว ตอนนี้เทคโนโลยีนี้ถูกใช้โดยนักวิทยาศาสตร์เพื่อจำลองโรบอตซอฟต์ที่มีแขนขาและเคลื่อนไหว

ผลงานนี้ได้รับการตีพิมพ์ใน Nature Communications เมื่อวันที่ 6 พฤษภาคม หัวข้อของบทความคือ “การจำลองแบบไดนามิกของโรบอตซอฟต์ที่มีจุดเชื่อมต่อ”

คาลิด จาวิด เป็นนักวิจัยและผู้ช่วยศาสตราจารย์สาขาวิศวกรรมเครื่องกลและอวกาศที่ UCLA Samueli School of Engineering

“เราได้ทำการจำลองแบบโรบอตซอฟต์ที่เร็วกว่าเวลาจริง และเป็นขั้นตอนที่สำคัญในการสร้างโรบอตที่สามารถทำงานอิสระและวางแผนการกระทำของตนเอง” จาวิดกล่าว “โรบอตซอฟต์ทำจากวัสดุอ่อนนุ่ม ซึ่งทำให้พวกมันสามารถทนต่อความเสียหายได้ดีและอาจเป็นโรบอตที่ปลอดภัยกว่าในการโต้ตอบกับมนุษย์ ก่อนหน้านี้ การคาดการณ์การเคลื่อนไหวของโรบอตเหล่านี้เป็นเรื่องที่ท้าทายเพราะพวกมันเปลี่ยนรูปทรงระหว่างการทำงาน”

เทคโนโลยี DER และ FEM

อัลกอริทึมที่เรียกว่าแท่งยืดหยุ่นแบบไม่ต่อเนื่อง (DER) มักถูกใช้ในภาพยนตร์ในการสร้างวัตถุที่ไหลได้ฟรี ในเวลาเพียงเศษเสี้ยวของวินาที DER สามารถคาดการณ์การเคลื่อนไหวได้หลายร้อยครั้ง

นักวิจัยตั้งเป้าที่จะใช้ DER เพื่อพัฒนาเครื่องยนต์ทางกายภาพที่สามารถจำลองการเคลื่อนไหวของโรบอตที่ได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ พวกเขายังต้องการใช้มันสำหรับโรบอตที่มีอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ยากลำบาก เช่น โรบอตที่พัฒนาสำหรับดาวอังคารหรือใต้น้ำ

วิธีการแบบองค์ประกอบ有限 (FEM) ก็เป็นอัลกอริทึมที่สามารถจำลองการเคลื่อนไหวของโรบอตที่มีความแข็งและยืดหยุ่นได้ แต่ FEM ไม่เหมาะสมเมื่อพูดถึงการเคลื่อนไหวที่อ่อนและธรรมชาติและระดับรายละเอียดที่ต้องการ นอกจากนี้ FEM ยังต้องใช้กำลังการคำนวณมากและต้องใช้เวลานาน

ในการพัฒนาและจำลองโรบอตซอฟต์ นักวิจัยได้พึ่งพาวิธีการทดลองและผิดพลาด

คาร์เมล มาจิดี เป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์สาขาวิศวกรรมเครื่องกลใน College of Engineering ของมหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอน

“โรบอตที่ทำจากวัสดุแข็งและไม่ยืดหยุ่นสามารถสร้างแบบจำลองได้ง่ายโดยใช้เครื่องมือจำลองแบบที่มีอยู่แล้ว” มาจิดีกล่าว “จนถึงตอนนี้ ยังไม่มีเครื่องมือซอฟต์แวร์ที่ดีในการจำลองโรบอตที่อ่อนและนุ่มนวล งานของเราคือหนึ่งในงานแรกที่แสดงให้เห็นว่าโรบอตซอฟต์สามารถจำลองได้สำเร็จโดยใช้ซอฟต์แวร์กราฟิกส์คอมพิวเตอร์เดียวกับที่ใช้ในการสร้างเส้นผมและผ้าในภาพยนตร์บล็อกบัสเตอร์และภาพยนตร์เคลื่อนไหว”

นักวิจัยเริ่มร่วมมือกันในห้องปฏิบัติการ Soft Machines ของมาจิดี เมื่อสามปีที่แล้ว โครงการล่าสุดของพวกเขาคือการวิ่งจำลองแบบในห้องปฏิบัติการของจาวิดที่ UCLA และมาจิดีทำการทดลองทางกายภาพเพื่อยืนยันผลลัพธ์ของการจำลอง

เครื่องมือจำลองแบบนี้ช่วยลดเวลาที่ใช้ในการนำโรบอตซอฟต์ไปใช้งานจริง

การสนับสนุนจาก Army Research Office

การวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนบางส่วนจาก Army Research Office ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ Army Research Laboratory ของ U.S. Army Combat Capabilities Development Command

ดร. ซามูเอล สแตนตัน เป็นผู้จัดการโปรแกรมของ Army Research Office

“ความก้าวหน้าในการทดลองของโรบอตซอฟต์เป็นเวลาหลายปีที่ผ่านมา” สแตนตันกล่าว “ความพยายามนี้เป็นขั้นตอนที่สำคัญในการทำความเข้าใจและออกแบบสำหรับพลวัตและควบคุมในโรบอตที่มีการเปลี่ยนแปลงรูปทรงสูงและทำงานในพื้นที่ที่มีการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมอย่างต่อเนื่อง”

เทคโนโลยีนี้กำลังถูกทดสอบและใช้กับโรบอตซอฟต์ประเภทอื่นๆ หนึ่งในพื้นที่เหล่านั้นคือโรบอตที่อาศัยการเคลื่อนไหวของแบคทีเรียและดาวทะเล ซึ่งสามารถใช้ในการทำงานทางน้ำวิทยา เช่น การตรวจสอบสภาพแวดล้อมของน้ำทะเลหรือการตรวจสอบสิ่งมีชีวิตทางทะเล