Công Nghệ Đồ Họa Máy Tính Được Thích Nghỉ Cho Robot Mềm

Các nhà khoa học từ Đại học California, Los Angeles (UCLA) và Đại học Carnegie Mellon đã thích nghi công nghệ đồ họa máy tính tiên tiến cho robot mềm. Họ sử dụng cùng công nghệ mà các nhà làm phim hoạt hình và nhà phát triển trò chơi điện tử dựa vào để tạo ra hình ảnh chi tiết, chẳng hạn như tóc và vải trong các bộ phim hoạt hình. Giờ đây, nó đang được các nhà khoa học sử dụng để mô phỏng robot mềm, có chân và chuyển động.

Công việc này đã được công bố trên Nature Communications vào ngày 6 tháng 5. Bài báo có tiêu đề “Mô phỏng động của robot mềm khớp.”

Khalid Jawed là tác giả của nghiên cứu và là giáo sư trợ lý về kỹ thuật cơ khí và hàng không tại Trường Kỹ thuật Samueli của UCLA.

“Chúng tôi đã đạt được mô phỏng nhanh hơn thời gian thực của robot mềm, và đây là một bước tiến lớn hướng tới các robot tự động và có thể lập kế hoạch hành động của riêng chúng,” Jawed nói. “Robot mềm được làm từ vật liệu linh hoạt, điều này khiến chúng vốn dĩ có khả năng chống chịu sự cố và an toàn hơn khi tương tác với con người. Trước nghiên cứu này, việc dự đoán chuyển động của các robot này đã là một thách thức vì chúng thay đổi hình dạng trong quá trình hoạt động.”

Công Nghệ DER và FEM

Một thuật toán gọi là thanh đàn hồi rời rạc (DER) thường được sử dụng trong sản xuất phim để tạo ra các vật thể chảy tự do. Trong một phần nhỏ của giây, DER có thể dự đoán hàng trăm chuyển động.

Các nhà nghiên cứu đã cố gắng sử dụng DER để phát triển một động cơ vật lý có khả năng mô phỏng chuyển động của robot sinh học. Họ cũng muốn sử dụng nó cho các robot tồn tại trong môi trường khó khăn, như những robot được phát triển cho Sao Hỏa hoặc dưới nước.

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) cũng là một công nghệ dựa trên thuật toán, và nó có khả năng mô phỏng chuyển động của robot rắn và cứng. Tuy nhiên, FEM không lý tưởng khi nói đến chuyển động mềm, tự nhiên và mức độ chi tiết cần thiết. Ngoài ra, FEM phụ thuộc vào nhiều sức mạnh tính toán và yêu cầu thời gian dài.

Để phát triển và mô phỏng robot mềm, các nhà robot học đã dựa vào các phương pháp thử và sai.

Carmel Majidi là giáo sư trợ lý về kỹ thuật cơ khí tại Trường Kỹ thuật của Đại học Carnegie Mellon.

“Các robot được làm từ vật liệu cứng và không linh hoạt tương đối dễ dàng để mô hình hóa bằng các công cụ mô phỏng máy tính hiện có,” Majidi nói. “Cho đến nay, chưa có các công cụ phần mềm tốt để mô phỏng các robot mềm và dẻo. Công việc của chúng tôi là một trong những công việc đầu tiên chứng minh cách các robot mềm có thể được mô phỏng thành công bằng phần mềm đồ họa máy tính đã được sử dụng để mô hình hóa tóc và vải trong các bộ phim điện ảnh và phim hoạt hình.”

Các nhà nghiên cứu đã bắt đầu hợp tác trong Phòng thí nghiệm Máy mềm của Majidi hơn ba năm trước. Dự án gần đây nhất của họ liên quan đến Jawed chạy mô phỏng trong phòng thí nghiệm nghiên cứu của mình tại UCLA và Majidi thực hiện các thí nghiệm vật lý để xác nhận kết quả mô phỏng.

Công cụ mô phỏng giảm đáng kể thời gian cần thiết để đưa một robot mềm đến điểm ứng dụng.

Hỗ Trợ Từ Văn Phòng Nghiên Cứu Quân Đội

Nghiên cứu này được tài trợ một phần bởi Văn phòng Nghiên cứu Quân đội, một phần của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội thuộc Bộ Chỉ huy Phát triển Khả năng Chiến đấu của Quân đội Hoa Kỳ.

Tiến sĩ Samuel Stanton là một nhà quản lý chương trình tại Văn phòng Nghiên cứu Quân đội.

“Các tiến bộ thực nghiệm trong lĩnh vực robot mềm đã vượt qua lý thuyết trong vài năm,” Stanton nói. “Nỗ lực này là một bước tiến đáng kể trong khả năng dự đoán và thiết kế cho động lực học và điều khiển trong các robot có khả năng biến dạng cao hoạt động trong không gian bị giới hạn với các tiếp xúc phức tạp và môi trường luôn thay đổi.”

Công nghệ này hiện đang được khám phá và thử nghiệm trên các loại robot mềm khác. Một trong những lĩnh vực đó là các robot dựa trên chuyển động của vi khuẩn và sao biển, có thể được sử dụng trong các nhiệm vụ hải dương học như giám sát điều kiện nước biển hoặc kiểm tra sinh vật biển.