Bilgisayar Grafikleri Teknolojisinin Yumuşak Robotikte Uygulanması

Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles (UCLA) ve Carnegie Mellon Üniversitesi’nden bilim adamları, sofistike bilgisayar grafikleri teknolojisini yumuşak robotikte uyguladılar. Animasyon filmlerindeki saç ve kumaş gibi çok detaylı görüntüleri oluşturmak için motion-picture animatörleri ve video oyunu geliştiricileri tarafından kullanılan aynı teknolojiyi kullandılar. Şimdi bu teknoloji, bilim adamları tarafından yumuşak, uzuvlu robotları ve hareketlerini simüle etmek için kullanılıyor.

Çalışma 6 Mayıs’ta Nature Communications’da yayımlandı. Makale “Yumuşak Robotların Hareketlerinin Dinamik Simülasyonu” başlığını taşıyor.

Khalid Jawed, çalışmanın yazarı ve UCLA Samueli Mühendislik Okulu’nda mekanik ve uzay mühendisliği yardımcı profesörü.

“Gerçekte daha hızlı simülasyonlara ulaştık ve bu, otonom olarak hareket edebilen ve eylemlerini planlayabilen robotlara doğru önemli bir adımdır” dedi Jawed. “Yumuşak robotlar esnek malzemeden yapıldığı için doğası gereği hasara karşı intrinsik olarak dayanıklı ve insanlarla etkileşimlerinde potansiyel olarak çok daha güvenli.” Çalışmadan önce, bu robotların hareketlerini tahmin etmek zor oldu çünkü çalışırken şekillerini değiştiriyorlar.

DER ve FEM Teknolojileri

Film yapımcılığında serbest akışlı nesneleri canlandırmak için sıkça kullanılan bir algoritma olan ayrık elastik çubuklar (DER) yöntemi, sadece bir saniyenin bir kesirinde yüzlerce hareketi tahmin edebiliyor.

Araştırmacılar, bio-ilhamlı robotların hareketlerini simüle edebilen bir fizik motoru geliştirmek için DER’i kullanmaya çalıştılar. Ayrıca, Mars veya su altı için geliştirilen zorlu ortamlardaki robotlar için de kullanmak istediler.

Sonlu eleman yöntemi (FEM) de algoritma tabanlı bir teknoloji ve katı, rijit robotların hareketlerini simüle edebiliyor. Ancak FEM, yumuşak, doğal hareketler ve gerekli ayrıntı düzeyi için ideal değil. Ayrıca, FEM çok hesaplama gücü gerektirir ve uzun süreler alır.

Yumuşak robotları geliştirmek ve simüle etmek için robot mühendisleri, deneme-yanılma yöntemlerine başvurmak zorunda kaldılar.

Carmel Majidi, Carnegie Mellon’un Mühendislik Koleji’nde mekanik mühendisliği yardımcı profesörü.

“Sert ve esnek malzemeden yapılan robotlar, mevcut bilgisayar simülasyon araçları ile modellenmesi nispeten kolay” dedi Majidi. “Şimdiye kadar, yumuşak ve sıktırılabilir robotları simüle edecek iyi yazılım araçları yoktu. Çalışmamız, yumuşak robotların aynı bilgisayar grafikleri yazılımları ile erfolgreich bir şekilde simüle edilebileceğini gösteren ilk çalışmalardan biri.”

Araştırmacılar, üç yıl önce Majidi’nin Soft Machines Lab’da işbirliği yapmaya başladılar. En son projeleri, Jawed’in UCLA’daki araştırma laboratuvarında simülasyonları çalıştırması ve Majidi’nin simülasyon sonuçlarını doğrulamak için fiziksel deneyler yapmasıydı.

Simülasyon aracı, bir yumuşak robotun uygulamaya ulaşma süresini önemli ölçüde azaltıyor.

Ordu Araştırma Ofisi’nden Destek

Araştırma, kısmen ABD Ordusu Savaş Yetenekleri Geliştirme Komutanlığı’nın bir parçası olan ABD Ordusu Araştırma Laboratuvarı’nın bir parçası olan Ordu Araştırma Ofisi tarafından finanse edildi.

Dr. Samuel Stanton, Ordu Araştırma Ofisi’nde program yöneticisi.

“Yumuşak robotikte deneysel ilerlemeler, birkaç yıldır teoriden daha hızlı ilerliyor” dedi Stanton. “Bu çaba, sıkıştırılabilir robotlarda dinamik ve kontrolü tahmin etme ve tasarlama yeteneğimizde önemli bir adımdır ve bunlar sıkıştırılmış alanlarda, karmaşık temaslarla ve sürekli değişen ortamlarda çalışırlar.”

Teknoloji şimdi diğer tür yumuşak robotlar üzerinde deneniyor ve keşfediliyor. Bu alanlardan biri, bakteri ve deniz yıldızlarının hareketlerine dayanan robotlar ve bunlar okyanusbilim görevleri gibi deniz suyu koşullarını izlemek veya deniz yaşamını incelemek için kullanılabilir.