I ricercatori sviluppano un motore fisico in tempo reale per la robotica morbida

L’animazione cinematografica e i videogiochi sono straordinariamente realistici al giorno d’oggi, catturando una ciocca di capelli che cade sugli occhi di un’eroina o una vela di tela che si spezza al vento. I collaboratori dell’Università della California, Los Angeles (UCLA) e della Carnegie Mellon University hanno adattato questa sofisticata tecnologia di computer grafica per simulare per la prima volta i movimenti di robot morbidi e flessibili.

I risultati sono stati pubblicati il ​​6 maggio in Comunicazioni sulla natura in un articolo intitolato “Simulazione dinamica di robot morbidi articolati”.

“Abbiamo ottenuto una simulazione di robot morbidi più veloce della real-time, e questo è un passo importante verso questi robot autonomi e in grado di pianificare le proprie azioni da soli”, ha affermato l’autore dello studio Khalid Jawed, un assistente professore di meccanica e aerospaziale. ingegneria presso UCLA Samueli School of Engineering. “I robot morbidi sono fatti di materiale flessibile che li rende intrinsecamente resistenti ai danni e potenzialmente molto più sicuri nell’interazione con gli esseri umani. Prima di questo studio, prevedere il movimento di questi robot era difficile perché cambiano forma durante il funzionamento”.

I film utilizzano spesso un algoritmo denominato aste elastiche discrete (DER) per animare oggetti che scorrono liberamente. DER può prevedere centinaia di movimenti in meno di un secondo. I ricercatori volevano creare un motore fisico utilizzando DER in grado di simulare i movimenti di robot e robot di ispirazione biologica in ambienti difficili, come la superficie di Marte o sott’acqua.

Un’altra tecnologia basata su algoritmi, il metodo degli elementi finiti (FEM), può simulare i movimenti di robot solidi e rigidi, ma non è adatta per affrontare le complessità dei movimenti morbidi e naturali. Richiede anche tempo e potenza di calcolo significativi.

Fino ad ora, i robotisti hanno utilizzato un meticoloso processo per tentativi ed errori per studiare le dinamiche dei sistemi di materiali morbidi, la progettazione e il controllo dei robot morbidi.

“I robot realizzati con materiali duri e inflessibili sono relativamente facili da modellare utilizzando gli strumenti di simulazione al computer esistenti”, ha affermato Carmel Majidi, professore associato di ingegneria meccanica presso il College of Engineering di Carnegie Mellon. “Finora non c’erano buoni strumenti software per simulare robot morbidi e morbidi. Il nostro lavoro è uno dei primi a dimostrare come i robot morbidi possono essere simulati con successo utilizzando lo stesso software di computer grafica che è stato utilizzato per modellare i capelli e tessuti in film di successo e film d’animazione.”

I ricercatori hanno iniziato a lavorare insieme nel Soft Machines Lab di Majidi più di tre anni fa. Continuando la loro collaborazione su questo ultimo lavoro, Jawed ha eseguito le simulazioni nel suo laboratorio di ricerca presso l’UCLA mentre Majidi ha eseguito gli esperimenti fisici e ha eseguito gli esperimenti fisici che hanno convalidato i risultati della simulazione.

La ricerca è stata finanziata in parte dall’Ufficio di ricerca dell’esercito.

“I progressi sperimentali nella robotica leggera hanno superato la teoria per diversi anni”, ha affermato il dott. Samuel Stanton, responsabile del programma presso l’Ufficio di ricerca dell’esercito, un elemento del laboratorio di ricerca dell’esercito del comando di sviluppo delle capacità di combattimento dell’esercito americano. “Questo sforzo è un passo significativo nella nostra capacità di prevedere e progettare la dinamica e il controllo in robot altamente deformabili che operano in spazi ristretti con contatti complessi e ambienti in costante cambiamento”.

I ricercatori stanno attualmente lavorando per applicare questa tecnologia ad altri tipi di robot morbidi, come quelli ispirati ai movimenti di batteri e stelle marine. Tali robot nuotatori potrebbero essere completamente svincolati e utilizzati in oceanografia per monitorare le condizioni dell’acqua di mare o ispezionare lo stato della fragile vita marina.

Il nuovo strumento di simulazione può ridurre significativamente il tempo necessario per portare un robot morbido dal tavolo da disegno all’applicazione. Sebbene i robot siano ancora molto lontani dall’eguagliare l’efficienza e le capacità dei sistemi naturali, le simulazioni al computer possono aiutare a ridurre questo divario.