Открыть

Предыдущее изображение Следующее изображение

С тех пор, как в 2008 году был принят термин «мягкая робототехника», инженеры в этой области создавали разнообразные модели гибких машин, полезных в исследованиях, передвижении, реабилитации и даже в космосе. Один из источников вдохновения: то, как животные передвигаются в дикой природе. Команда исследователей Массачусетского технологического института пошла еще дальше, разработав SoftZoo, био-платформу, которая позволяет инженерам изучать совместное проектирование мягких роботов. Фреймворк оптимизирует алгоритмы, включающие дизайн, определяющий, как будет выглядеть робот; и управление, или система, которая обеспечивает роботизированное движение, улучшая то, как пользователи автоматически создают контуры потенциальных машин. Гуляя по дикой природе, платформа предлагает 3-D модели животных, таких как панды, рыбы, акулы и гусеницы, как конструкции, которые могут имитировать задачи мягкой робототехники, такие как передвижение, повороты и следование по маршруту в различных средах. Будь то снег, пустыня, глина или вода, платформа демонстрирует компромиссные характеристики различных конструкций на разных поверхностях.

«Наша платформа может помочь пользователям найти лучшую конфигурацию для формы робота, позволяя им разрабатывать алгоритмы мягкой робототехники, которые могут делать много разных вещей», — говорит аспирант Массачусетского технологического института Цун-Сюань Ван, филиал Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта. CSAIL), который является ведущим исследователем проекта. «По сути, это помогает нам понять лучшие стратегии взаимодействия роботов с окружающей средой».

SoftZoo более комплексен, чем аналогичные платформы, которые уже имитируют дизайн и управление, поскольку моделирует движение, реагирующее на физические особенности различных биомов. Универсальность платформы обусловлена ​​дифференцируемым мультифизическим движком, который позволяет одновременно моделировать несколько аспектов физической системы, например, детеныша тюленя, вращающегося на льду, или гусеницы, медленно перемещающейся по водно-болотным угодьям. Дифференцируемость двигателя оптимизирует совместное проектирование за счет сокращения количества часто дорогостоящих симуляций, необходимых для решения задач вычислительного управления и проектирования. В результате пользователи могут проектировать и перемещать мягких роботов, используя более сложные, заданные алгоритмы.

Способность системы моделировать взаимодействие с различной местностью иллюстрирует важность морфологии — раздела биологии, изучающего формы, размеры и формы различных организмов. В зависимости от окружающей среды одни биологические структуры более оптимальны, чем другие, подобно сравнению чертежей машин, выполняющих схожие задачи.

Эти биологические очертания могут вдохновить на создание более специализированной искусственной жизни, специфичной для конкретной местности. «Плавно волнистая геометрия медузы позволяет ей эффективно перемещаться по большим водоемам, вдохновляя исследователей на разработку новых видов мягких роботов и открывая неограниченные возможности того, на что способны искусственные существа, выращенные полностью в кремнеземе», — говорит Ван. «Кроме того, стрекозы могут выполнять очень ловкие маневры, которые другие летающие существа не могут выполнить, потому что на их крыльях есть специальные структуры, которые меняют центр масс во время полета. Наша платформа оптимизирует передвижение так же, как стрекоза, естественно, более искусна в работе с окружение».

Раньше роботам было трудно ориентироваться в загроможденной среде, потому что их тела не соответствовали окружающей среде. Однако с помощью SoftZoo дизайнеры могли одновременно развивать мозг и тело робота, совместно оптимизируя как наземные, так и водные машины, чтобы они были более осведомленными и специализированными. Благодаря повышенному поведенческому и морфологическому интеллекту роботы будут более полезны при выполнении спасательных операций и проведении исследований. Например, если человек пропал без вести во время наводнения, робот потенциально сможет перемещаться по воде более эффективно, поскольку он был оптимизирован с использованием методов, продемонстрированных на платформе SotftZoo.