Los investigadores desarrollan un motor de física en tiempo real para la robótica suave

 

Los investigadores desarrollan un motor de física en tiempo real para la robótica suave
Secuencia de una simulación que muestra un robot blando con siete extremidades flexibles que planean su movimiento hacia adelante. Crédito: Khalid Jawed / UCLA

La animación de películas y los videojuegos son impresionantemente realistas hoy en día, capturando un mechón de cabello que cae sobre los ojos de una heroína o una vela de lona que se rompe bruscamente en el viento. Los colaboradores de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) y la Universidad Carnegie Mellon han adaptado esta sofisticada tecnología de gráficos por computadora para simular los movimientos de robots blandos y con extremidades por primera vez.

Los hallazgos fueron publicados el 6 de mayo en Comunicaciones de la naturaleza en un artículo titulado «Simulación dinámica de robots suaves articulados».

«Hemos logrado una simulación de robots blandos más rápida que en tiempo real, y este es un paso importante hacia tales robots que son autónomos y pueden planificar sus acciones por sí mismos», dijo el autor del estudio Khalid Jawed, profesor asistente de mecánica y aeroespacial. ingenieria en UCLA Samueli School of Engineering. «Los robots blandos están hechos de material flexible que los hace intrínsecamente resistentes al daño y potencialmente mucho más seguros en la interacción con los humanos. Antes de este estudio, predecir el movimiento de estos robots ha sido un desafío porque cambian de forma durante la operación».

Las películas a menudo usan un algoritmo llamado varillas elásticas discretas (DER) para animar objetos que fluyen libremente. DER puede predecir cientos de movimientos en menos de un segundo. Los investigadores querían crear un motor de física usando DER que pudiera simular los movimientos de robots y robots con inspiración biológica en entornos desafiantes, como la superficie de Marte o bajo el agua.

Otra tecnología basada en algoritmos, el método elemental finito (FEM), puede simular los movimientos de robots sólidos y rígidos, pero no es adecuada para abordar las complejidades de los movimientos suaves y naturales. También requiere mucho tiempo y potencia computacional.

Hasta ahora, los robotistas han utilizado un minucioso proceso de prueba y error para investigar la dinámica de los sistemas de materiales blandos, el diseño y el control de los robots blandos.

«Los robots hechos de materiales duros e inflexibles son relativamente fáciles de modelar utilizando las herramientas de simulación por computadora existentes», dijo Carmel Majidi, profesor asociado de ingeniería mecánica en el Colegio de Ingeniería de Carnegie Mellon. «Hasta ahora, no ha habido buenas herramientas de software para simular robots blandos y blandos. Nuestro trabajo es uno de los primeros en demostrar cómo los robots blandos se pueden simular con éxito utilizando el mismo software de gráficos por computadora que se ha utilizado para modelar el cabello y telas en películas de gran éxito y películas de animación «.

Los investigadores comenzaron a trabajar juntos en Majidi’s Soft Machines Lab hace más de tres años. Continuando con su colaboración en este último trabajo, Jawed realizó las simulaciones en su laboratorio de investigación en la UCLA, mientras que Majidi realizó los experimentos físicos y los experimentos físicos que validaron los resultados de la simulación.

La investigación fue financiada en parte por la Oficina de Investigación del Ejército.

«Los avances experimentales en la robótica suave han estado superando la teoría durante varios años», dijo el Dr. Samuel Stanton, gerente de programa de la Oficina de Investigación del Ejército, un elemento del Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de los EE. UU. «Este esfuerzo es un paso significativo en nuestra capacidad de predecir y diseñar dinámicas y controles en robots altamente deformables que operan en espacios confinados con contactos complejos y entornos en constante cambio».

Los investigadores están trabajando actualmente para aplicar esta tecnología a otros tipos de robots blandos, como los inspirados por los movimientos de bacterias y estrellas de mar. Dichos robots de natación podrían estar completamente libres y utilizados en la oceanografía para monitorear las condiciones del agua de mar o inspeccionar el estado de la vida marina frágil.

La nueva herramienta de simulación puede reducir significativamente el tiempo que lleva llevar un robot blando del tablero de dibujo a la aplicación. Si bien los robots aún están muy lejos de igualar la eficiencia y las capacidades de los sistemas naturales, las simulaciones por computadora pueden ayudar a reducir esta brecha.

 


Más información:
Weicheng Huang et al, Simulación dinámica de robots blandos articulados, Comunicaciones de la naturaleza (2020).

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