แพลตฟอร์มโอเพ่นซอร์สจำลองสัตว์ป่าสำหรับนักออกแบบหุ่นยนต์อ่อน

แพลตฟอร์มโอเพ่นซอร์สจำลองสัตว์ป่าสำหรับนักออกแบบหุ่นยนต์อ่อน

ประทับเวลา: 3 พฤษภาคม 2023 9:08 น
โหนดต้นทาง: 2626124
03 พฤษภาคม 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) นับตั้งแต่คำว่า "หุ่นยนต์แบบอ่อน" ถูกนำมาใช้ในปี 2008 วิศวกรในสาขานี้ได้สร้างตัวแทนที่หลากหลายของเครื่องจักรที่มีความยืดหยุ่น ซึ่งมีประโยชน์ในการสำรวจ การเคลื่อนที่ การฟื้นฟู และแม้กระทั่งในอวกาศ แหล่งที่มาของแรงบันดาลใจประการหนึ่ง: วิธีที่สัตว์ต่างๆ เคลื่อนไหวในป่า ทีมนักวิจัยของ MIT ได้ก้าวไปอีกขั้นด้วยการพัฒนา ซอฟท์ซูซึ่งเป็นแพลตฟอร์มที่ได้รับแรงบันดาลใจทางชีวภาพที่ช่วยให้วิศวกรสามารถศึกษาการออกแบบร่วมของหุ่นยนต์แบบอ่อนได้ กรอบการทำงานจะปรับอัลกอริธึมที่ประกอบด้วยการออกแบบให้เหมาะสม ซึ่งจะกำหนดว่าหุ่นยนต์จะมีหน้าตาเป็นอย่างไร และการควบคุมหรือระบบที่ช่วยให้หุ่นยนต์เคลื่อนไหวได้ ปรับปรุงวิธีที่ผู้ใช้สร้างโครงร่างสำหรับเครื่องจักรที่มีศักยภาพโดยอัตโนมัติ แพลตฟอร์มโอเพ่นซอร์สจำลองสัตว์ป่าสำหรับนักออกแบบหุ่นยนต์อ่อน นักวิจัยได้พัฒนาระบบสำหรับการออกแบบหุ่นยนต์แบบอ่อนร่วมกัน ซึ่งหมายถึงการค้นหาร่วมกันและปรับแต่งการออกแบบหุ่นยนต์ให้เหมาะสม เช่น รูปร่างของหุ่นยนต์ ตำแหน่งที่จะวางกล้ามเนื้อในร่างกายหุ่นยนต์ ความนุ่มนวลของหุ่นยนต์ในส่วนต่างๆ ของร่างกาย และจากการออกแบบหุ่นยนต์ วิธีการควบคุมเพื่อให้บรรลุภารกิจตามเป้าหมาย (ภาพ: Alex Shipps/MIT CSAIL และนักวิจัย) แพลตฟอร์มการเดินบนผืนป่าประกอบด้วยโมเดล 3 มิติของสัตว์ต่างๆ เช่น หมีแพนด้า ปลา ฉลาม และหนอนผีเสื้อ ซึ่งเป็นการออกแบบที่สามารถจำลองงานหุ่นยนต์ที่อ่อนนุ่ม เช่น การเคลื่อนที่ การเลี้ยวที่ว่องไว และการติดตามเส้นทางในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ไม่ว่าจะด้วยหิมะ ทะเลทราย ดินเหนียว หรือน้ำ แพลตฟอร์มนี้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของการออกแบบที่หลากหลายในภูมิประเทศที่แตกต่างกัน “เฟรมเวิร์กของเราช่วยให้ผู้ใช้ค้นหาการกำหนดค่าที่ดีที่สุดสำหรับรูปร่างของหุ่นยนต์ได้ ช่วยให้พวกเขาสามารถออกแบบอัลกอริธึมหุ่นยนต์แบบอ่อนที่สามารถทำสิ่งต่างๆ ได้มากมาย” นักศึกษาปริญญาเอกจาก MIT Tsun-Hsuan Wang ซึ่งเป็นบริษัทในเครือของห้องปฏิบัติการวิทยาการคอมพิวเตอร์และปัญญาประดิษฐ์ ( CSAIL) ซึ่งเป็นหัวหน้านักวิจัยในโครงการนี้ “โดยพื้นฐานแล้ว มันช่วยให้เราเข้าใจกลยุทธ์ที่ดีที่สุดสำหรับหุ่นยนต์ในการโต้ตอบกับสภาพแวดล้อมของพวกเขา” SoftZoo มีความครอบคลุมมากกว่าแพลตฟอร์มที่คล้ายกัน ซึ่งจำลองการออกแบบและการควบคุมอยู่แล้ว เนื่องจากเป็นการจำลองการเคลื่อนไหวที่ตอบสนองต่อลักษณะทางกายภาพของชีวนิเวศต่างๆ ความเก่งกาจของเฟรมเวิร์กมาจากเอ็นจิ้นมัลติฟิสิกส์ที่แตกต่างกัน ซึ่งช่วยให้สามารถจำลองหลายแง่มุมของระบบทางกายภาพได้ในเวลาเดียวกัน เช่น เบบี้ซีลที่กลายเป็นน้ำแข็ง หรือหนอนผีเสื้อที่กำลังเคลื่อนตัวข้ามสภาพแวดล้อมพื้นที่ชุ่มน้ำ ความแตกต่างของเครื่องยนต์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบร่วมโดยการลดจำนวนการจำลองที่มักมีราคาแพงซึ่งจำเป็นในการแก้ปัญหาการควบคุมและการออกแบบด้วยคอมพิวเตอร์ เป็นผลให้ผู้ใช้สามารถออกแบบและเคลื่อนย้ายซอฟต์โรบ็อตด้วยอัลกอริธึมเฉพาะที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น ความสามารถของระบบในการจำลองปฏิสัมพันธ์กับภูมิประเทศที่แตกต่างกัน แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของสัณฐานวิทยา ซึ่งเป็นสาขาวิชาชีววิทยาที่ศึกษารูปร่าง ขนาด และรูปแบบของสิ่งมีชีวิตต่างๆ โครงสร้างทางชีววิทยาบางอย่างมีความเหมาะสมมากกว่าโครงสร้างอื่นๆ ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม เหมือนกับการเปรียบเทียบพิมพ์เขียวสำหรับเครื่องจักรที่ทำงานคล้ายกัน เค้าโครงทางชีววิทยาเหล่านี้สามารถสร้างแรงบันดาลใจให้กับชีวิตประดิษฐ์เฉพาะทางที่จำเพาะเจาะจงมากขึ้น “รูปทรงเรขาคณิตที่เป็นลูกคลื่นอย่างนุ่มนวลของแมงกะพรุนช่วยให้มันเดินทางข้ามแหล่งน้ำขนาดใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เป็นแรงบันดาลใจให้นักวิจัยพัฒนาหุ่นยนต์แบบอ่อนสายพันธุ์ใหม่ และเปิดโอกาสที่เป็นไปได้อย่างไม่จำกัดในสิ่งที่สิ่งมีชีวิตเทียมที่เพาะเลี้ยงในซิลิโกสามารถทำได้” Wang กล่าว นอกจากนี้ แมลงปอยังสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างว่องไวซึ่งสิ่งมีชีวิตบินอื่นๆ ไม่สามารถทำได้ เนื่องจากพวกมันมีโครงสร้างพิเศษบนปีก ซึ่งจะเปลี่ยนจุดศูนย์กลางมวลเมื่อบิน แพลตฟอร์มของเราเพิ่มประสิทธิภาพการเคลื่อนที่ในลักษณะเดียวกับที่แมลงปอสามารถทำงานผ่านสภาพแวดล้อมได้อย่างเป็นธรรมชาติมากขึ้น” ก่อนหน้านี้หุ่นยนต์ต้องดิ้นรนเพื่อนำทางผ่านสภาพแวดล้อมที่รกเพราะร่างกายของพวกมันไม่สอดคล้องกับสภาพแวดล้อม อย่างไรก็ตาม ด้วย SoftZoo นักออกแบบสามารถพัฒนาสมองและร่างกายของหุ่นยนต์ไปพร้อมๆ กัน โดยร่วมเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องจักรทั้งบนบกและในน้ำเพื่อให้มีการรับรู้และเชี่ยวชาญมากขึ้น ด้วยความฉลาดด้านพฤติกรรมและสัณฐานวิทยาที่เพิ่มขึ้น หุ่นยนต์จะมีประโยชน์มากขึ้นในการทำภารกิจช่วยเหลือและดำเนินการสำรวจให้สำเร็จ ตัวอย่างเช่น หากมีบุคคลสูญหายในระหว่างน้ำท่วม หุ่นยนต์อาจสามารถเดินทางข้ามน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เนื่องจากได้รับการปรับให้เหมาะสมโดยใช้วิธีการที่สาธิตในแพลตฟอร์ม SotftZoo “SoftZoo นำเสนอการจำลองแบบโอเพ่นซอร์สสำหรับนักออกแบบหุ่นยนต์แบบอ่อน ช่วยให้พวกเขาสร้างหุ่นยนต์ในโลกแห่งความเป็นจริงได้ง่ายและยืดหยุ่นมากขึ้น ในขณะเดียวกันก็เร่งความสามารถในการเคลื่อนที่ของเครื่องจักรในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย” ผู้ร่วมเขียนการศึกษา Chuang Gan นักวิทยาศาสตร์การวิจัยของ MIT กล่าวเสริม -IBM Watson AI Lab ซึ่งเร็วๆ นี้จะเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่ University of Massachusetts at Amherst “แนวทางการคำนวณนี้เพื่อร่วมออกแบบตัวหุ่นยนต์แบบอ่อนและสมองของพวกมัน (ซึ่งก็คือตัวควบคุม) เปิดประตูสู่การสร้างเครื่องจักรที่ปรับแต่งตามความต้องการได้อย่างรวดเร็วซึ่งออกแบบมาเพื่องานเฉพาะ” Daniela Rus ผู้อำนวยการของ CSAIL และ Andrew และ ศาสตราจารย์ Erna Viterbi ในภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาการคอมพิวเตอร์ (EECS) ของ MIT ซึ่งเป็นผู้เขียนผลงานอีกคน ก่อนที่จะสร้างหุ่นยนต์ประเภทใดก็ตาม เฟรมเวิร์กอาจใช้แทนการทดสอบฉากที่ไม่เป็นธรรมชาติในภาคสนามได้ ตัวอย่างเช่น การประเมินว่าหุ่นยนต์ที่มีลักษณะคล้ายหมีมีพฤติกรรมอย่างไรในทะเลทรายอาจเป็นเรื่องยากสำหรับทีมวิจัยที่ทำงานในที่ราบในเมืองบอสตัน วิศวกรหุ่นยนต์แบบอ่อนสามารถใช้โมเดล 3 มิติใน SoftZoo เพื่อจำลองการออกแบบที่แตกต่างกัน และประเมินประสิทธิภาพของอัลกอริทึมในการควบคุมหุ่นยนต์ในการนำทาง ในทางกลับกัน วิธีนี้จะช่วยประหยัดเวลาและทรัพยากรของนักวิจัย อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดของเทคนิคการผลิตในปัจจุบันยังคงเป็นอุปสรรคในการทำให้การออกแบบหุ่นยนต์แบบอ่อนเหล่านี้มีชีวิตขึ้นมา “การถ่ายโอนจากการจำลองไปยังหุ่นยนต์ทางกายภาพยังคงไม่ได้รับการแก้ไขและต้องมีการศึกษาเพิ่มเติม” Wang กล่าว “แบบจำลองของกล้ามเนื้อ ความแข็งที่แตกต่างกันเชิงพื้นที่ และการรับรู้ใน SoftZoo ไม่สามารถรับรู้ได้อย่างตรงไปตรงมาด้วยเทคนิคการผลิตในปัจจุบัน ดังนั้นเราจึงดำเนินการกับความท้าทายเหล่านี้” ในอนาคต นักออกแบบของแพลตฟอร์มกำลังมองหาการใช้งานในกลไกของมนุษย์ เช่น การจัดการ เนื่องจากความสามารถในการทดสอบการควบคุมของหุ่นยนต์ เพื่อแสดงให้เห็นถึงศักยภาพนี้ ทีมงานของ Wang ได้ออกแบบแขนสามมิติเพื่อขว้างก้อนหิมะไปข้างหน้า

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก นาโนเวิร์ค