Max Home IndustryКинофильмы и видеоигры сегодня впечатляюще реалистичны: они запечатлевают прядь волос, падающую на глаза героини, или парусиновый парус, хрустящий на ветру. Сотрудники из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) и Университета Карнеги-Меллона впервые адаптировали эту сложную технологию компьютерной графики для моделирования движений мягких роботов с конечностями.
Результаты были опубликованы 6 мая в Nature Communications в статье под названием «Динамическое моделирование сочлененных мягких роботов».
«Мы достигли более высокой скорости, чем моделирование мягких роботов в реальном времени, и это важный шаг на пути к таким роботам, которые являются автономными и могут самостоятельно планировать свои действия», — сказал автор исследования Халид Джавед, доцент кафедры машиностроение и аэрокосмическая инженерия в Инженерной школе Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Мягкие роботы сделаны из гибкого материала, что делает их изначально устойчивыми к повреждениям и потенциально более безопасными при взаимодействии с людьми. До этого исследования прогнозирование движения этих роботов было сложной задачей, поскольку они меняют форму во время работы».
В фильмах часто используется алгоритм дискретных упругих стержней (DER) для анимации свободно текущих объектов. DER может предсказывать сотни движений менее чем за секунду. Исследователи хотели создать физический движок с использованием DER, который мог бы имитировать движения био-роботов и роботов в сложных условиях, таких как поверхность Марса или под водой.
Другая технология, основанная на алгоритмах, метод конечных элементов (FEM), может моделировать движения твердых и жестких роботов, но она не очень подходит для решения сложных задач мягких, естественных движений. Это также требует значительного времени и вычислительных мощностей.
До сих пор робототехники использовали кропотливый процесс проб и ошибок для исследования динамики систем мягких материалов, проектирования и управления мягкими роботами.
«Роботов, сделанных из твердых и негибких материалов, относительно легко моделировать с помощью существующих инструментов компьютерного моделирования», — сказал Кармел Маджиди, доцент кафедры машиностроения инженерного колледжа Карнеги-Меллона. «До сих пор не существовало хороших программных инструментов для моделирования мягких и мягких роботов. Наша работа — одна из первых, демонстрирующих, как можно успешно моделировать мягких роботов с помощью того же программного обеспечения для компьютерной графики, которое использовалось для моделирования волос. и ткани в блокбастерах и мультфильмах «
Исследователи начали совместную работу в лаборатории мягких машин Маджиди более трех лет назад. Продолжая совместную работу над этой последней работой, Джавед провел моделирование в своей исследовательской лаборатории в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, в то время как Маджиди проводил физические эксперименты, проводя физические эксперименты, которые подтвердили результаты моделирования.
Исследование частично финансировалось Исследовательским управлением армии.
«Экспериментальные достижения в области мягкой робототехники опережают теорию в течение нескольких лет», — сказал доктор Сэмюэл Стэнтон, руководитель программы в Исследовательском бюро армии США, входящем в исследовательскую лабораторию армии США при Командовании по развитию боевых возможностей. «Эти усилия являются значительным шагом на пути к нашей способности прогнозировать и проектировать динамику и контроль высокодеформируемых роботов, работающих в ограниченном пространстве со сложными контактами и постоянно меняющейся средой».
В настоящее время исследователи работают над тем, чтобы применить эту технологию к другим видам мягких роботов, например к роботам, созданным на основе движений бактерий и морских звезд. Такие плавательные роботы можно полностью отвязать и использовать в океанографии для мониторинга состояния морской воды или проверки состояния хрупкой морской флоры и фауны.
Новый инструмент моделирования может значительно сократить время, необходимое для переноса мягкого робота от чертежной доски к приложению. Хотя роботы все еще очень далеки от того, чтобы соответствовать эффективности и возможностям естественных систем, компьютерное моделирование может помочь сократить этот разрыв.