Симулятор существ SoftZoo помогает сообща проектировать мягких роботов

Понятие «мягкая робототехника» стало общепринятым в 2008 году. Инженеры создают гибкие машины, полезные в разных сферах, от проникновения в труднодоступные места до реабилитации пациентов и решения задач в космосе. Один из источников вдохновения для создателей — животные в дикой природе.


Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) сделали ещё один шаг вперёд, разработав платформу SoftZoo, вдохновлённую биологией. Программное обеспечение (ПО) полезно для совместного поиска и оптимизации дизайна: выбора формы будущего устройства, расположения «мышц», мягкости и прочности, а также способа управления. В SoftZoo тестируют оптимальные конфигурации и размеры для использования роботов в различных средах.

Платформа предлагает 3D-модели животных — панды, рыбы, акулы, гусеницы и другие — в качестве базовых форм. Условные животные могут имитировать задачи программной робототехники: передвижение, маневрирование и пути в различных средах. Платформа подбирает лучшую подвижность на снегу, в пустыне, по глине, в воде различной глубины и так далее.


— Цун-Суан Ван, аспирант MIT, лаборатория компьютерных наук и искусственного интеллекта (CSAIL).

SoftZoo имитирует движение, которое реагирует на физические особенности различных сред. Универсальный движок для физического моделирования позволяет одновременно моделировать и поворот детёныша тюленя на льду, и медленные поползновения по заболоченной местности существа типа гусеницы.

Изменчивость движка оптимизирует совместное проектирование, заменяя собой дорогостоящие симуляции. Причём пользователи могут перемещать виртуальных роботов с помощью более сложных алгоритмов.



Морфология, как раздел биологии, изучает формы, размеры и анатомию организмов. Биологические контуры могут послужить примером для более специализированной искусственной активности. Цун-Суан Ван привёл пример строения медузы, которая вдохновляет исследователей на разработку новых видов мягких роботов из силикона. А стрекозы могут выполнять очень быстрые манёвры благодаря строению крыльев, и так далее.

Ранее роботы с трудом ориентировались в сложных условиях, потому что их строение не соответствовало окружающей среде. И вот с SoftZoo дизайнеры могут развивать и интеллект, и устройство машин одновременно, чтобы они были более смышлёными и специализированными.

Соавтор исследования Чжуан Ган добавил, что SoftZoo предоставляет разработчикам программной робототехники симуляцию с открытым исходным кодом, помогая им проектировать роботов намного проще и гибче, одновременно повышая возможности передвижения машин в различных средах.

Директор CSAIL Даниэла Рус отметила, что вычислительный подход к совместному проектированию мягких роботов и их «мозга» в том числе, то есть контроллеров, открывает возможности для быстрого создания специализированных машин под конкретные задачи.

Прежде чем будет воплощён какой-либо робот, фреймворк мог бы заменить полевые испытания. Например, оценка того, как робот, похожий на медведя, ведёт себя в пустыне, может оказаться сложной задачей для разработчиков устройств для городской среды. А в SoftZoo инженеры могли бы сэкономить и время, и ресурсы.

В будущем разработчики платформы рассматривают варианты с механикой человека. Чтобы продемонстрировать этот потенциал, команда Вана разработала 3D-руку, бросающую снежок. Подключив имитацию человеческие задач, разработчики мягкой робототехники могли бы затем использовать платформу для оценки манипуляторов, которые захватывают, перемещают и складывают объекты.