Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà khoa học đã điều chỉnh công nghệ đồ họa máy tính tinh vi lần đầu tiên được sử dụng để tạo ra tóc và vải trong các bộ phim hoạt hình, để mô phỏng các chuyển động của robot mềm, khập khiễng. Sự tiến bộ là một bước quan trọng đối với các robot như vậy là tự trị.
Ngày nay, phim hoạt hình và trò chơi điện tử chuyển động rất ấn tượng, bắt được một lọn tóc rơi ngang mắt của một nữ anh hùng hoặc một cánh buồm bằng vải bồng bềnh giòn giã trong gió. Cộng tác viên từ Đại học California, Los Angeles (UCLA) và Đại học Carnegie Mellon đã lần đầu tiên điều chỉnh công nghệ đồ họa máy tính tinh vi này để mô phỏng chuyển động của robot mềm, khập khiễng.
Những phát hiện được công bố vào ngày 6 tháng 5 trên tạp chí Nature Communications trong một bài báo có tựa đề “Mô phỏng động của robot mềm có khớp nối”.
Khalid Jawed, giáo sư trợ lý về cơ khí và hàng không vũ trụ, kỹ thuật tại Trường Kỹ thuật UCLA Samueli cho biết: “Chúng tôi đã đạt được tốc độ nhanh hơn so với mô phỏng robot thời gian thực và đây là một bước tiến lớn đối với những robot tự trị và có thể tự mình lên kế hoạch cho hành động của chúng. Robot mềm được làm từ vật liệu linh hoạt giúp chúng có khả năng chống chịu sát thương và có khả năng tương tác an toàn hơn với con người. Trước khi nghiên cứu, dự đoán chuyển động của những robot này đã gặp nhiều thách thức vì chúng thay đổi hình dạng trong quá trình hoạt động.”
Phim thường sử dụng thuật toán có tên là các thanh đàn hồi rời rạc (DER) để làm động các vật thể chảy tự do. DER có thể dự đoán hàng trăm chuyển động trong chưa đầy một giây. Các nhà nghiên cứu muốn tạo ra một động cơ vật lý sử dụng DER có thể mô phỏng chuyển động của robot và robot lấy cảm hứng từ sinh học trong môi trường đầy thách thức, như bề mặt Sao Hỏa hoặc dưới nước.
Một công nghệ dựa trên thuật toán khác, phương pháp nguyên tố hữu hạn (FEM), có thể mô phỏng chuyển động của robot cứng nhưng nó không phù hợp để giải quyết những rắc rối của chuyển động mềm, tự nhiên. Nó cũng đòi hỏi thời gian và sức mạnh tính toán đáng kể.
Cho đến nay, các nhà nghiên cứu robot đã sử dụng một quá trình thử và sai nghiêm ngặt để nghiên cứu động lực học của các hệ thống vật liệu mềm, thiết kế và điều khiển robot mềm.
“Robot làm từ vật liệu cứng và không linh hoạt tương đối dễ dàng để mô hình hóa bằng các công cụ mô phỏng máy tính hiện có”, Carmel Majidi, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Đại học Kỹ thuật Carnegie Mellon nói. “Cho đến nay, vẫn chưa có công cụ phần mềm tốt để mô phỏng robot mềm mại và yếu đuối. Công việc của chúng tôi là một trong những công cụ đầu tiên chứng minh robot mềm có thể được mô phỏng thành công bằng cách sử dụng cùng một phần mềm đồ họa máy tính được sử dụng để tạo mô hình tóc và vải trong phim bom tấn và phim hoạt hình. “
Các nhà nghiên cứu bắt đầu làm việc cùng nhau trong Phòng thí nghiệm máy móc mềm của Majidi hơn ba năm trước. Tiếp tục sự hợp tác của họ trong công trình mới nhất này, Jawed đã chạy các mô phỏng trong phòng thí nghiệm nghiên cứu của mình tại UCLA trong khi Majidi thực hiện các thí nghiệm vật lý thực hiện các thí nghiệm vật lý xác nhận kết quả mô phỏng.
Nghiên cứu được tài trợ một phần bởi Văn phòng Nghiên cứu Quân đội.
Tiến sĩ Samuel Stanton, một người quản lý chương trình của Văn phòng Nghiên cứu Quân đội, một thành viên của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội của Bộ Tư lệnh Phát triển Khả năng Chiến đấu của Quân đội Hoa Kỳ cho biết thêm: “Những tiến bộ thử nghiệm trong robot mềm đã vượt xa lý thuyết trong nhiều năm. Nỗ lực này là một bước quan trọng trong khả năng dự đoán và thiết kế động lực học và điều khiển của chúng tôi trong các robot có khả năng biến dạng cao hoạt động trong không gian hạn chế với các tiếp xúc phức tạp và môi trường thay đổi liên tục.”
Các nhà nghiên cứu hiện đang làm việc để áp dụng công nghệ này cho các loại robot mềm khác, chẳng hạn như những robot lấy cảm hứng từ sự di chuyển của vi khuẩn và sao biển. Những robot bơi như vậy có thể được kết nối hoàn toàn và được sử dụng trong hải dương học để theo dõi tình trạng nước biển hoặc kiểm tra tình trạng của sinh vật biển mong manh.
Công cụ mô phỏng mới có thể giảm đáng kể thời gian cần thiết để đưa một robot mềm từ bảng vẽ đến ứng dụng. Trong khi robot vẫn còn rất xa so với hiệu quả và khả năng của các hệ thống tự nhiên, mô phỏng máy tính có thể giúp giảm khoảng cách này.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học California – Los Angeles . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :