Desain Robot Otomatis dan Dioptimalkan untuk Melintasi Berbagai Jenis Medan

Peneliti MIT telah mengotomatiskan dan mengoptimalkan desain robot dengan sistem yang disebut RoboGrammar. Sistem ini menciptakan robot yang terinspirasi dari artropoda untuk melintasi berbagai medan. Dalam foto tersebut adalah beberapa desain robot yang dibuat dengan RoboGrammar. Kredit: Atas kebaikan para peneliti

Dengan Sistem baru peneliti mengoptimalkan bentuk robot untuk melintasi berbagai jenis medan.

Jadi, Anda membutuhkan robot yang menaiki tangga. Robot itu harus berbentuk apa? Haruskah saya memiliki dua kaki sebagai satu pribadi? Atau apakah Anda seperti semut?

Memilih bentuk yang benar sangat penting untuk kemampuan robot Anda melintasi medan tertentu. Dan tidak mungkin untuk membangun dan menguji setiap bentuk potensial. Tetapi sekarang sistem yang dikembangkan oleh MIT memungkinkan kita untuk mensimulasikannya dan menentukan konsep mana yang paling berhasil.

Mulailah dengan memberi tahu sistem, yang disebut RoboGrammar, bagian mana dari robot di sekitar toko Anda – roda, sambungan, dll. Juga beri tahu mereka medan mana yang memerlukan navigasi robot Anda. Dan RoboGrammar melakukan sisanya, menghasilkan struktur yang dioptimalkan dan program kontrol untuk robot Anda.

Kemajuan dapat menyuntikkan dosis kreativitas yang dibantu komputer ke lapangan. “Desain robot masih merupakan proses yang sangat manual,” kata Allan Zhao, penulis utama makalah dan mahasiswa doktoral di MIT Laboratory of Computer Science and Artificial Intelligence (CSAIL). Dia menggambarkan RoboGrammar sebagai “cara untuk menghasilkan desain robot baru yang lebih inventif yang bisa lebih efektif.”

Zhao adalah penulis utama surat kabar tersebut, yang akan dia presentasikan pada konferensi SIGGRAPH Asia bulan ini. Rekan penulis termasuk mahasiswa doktoral Jie Xu, postdoc Mina Konaković-Luković, postdoc Josephine Hughes, mahasiswa doktoral Andrew Spielberg, dan profesor Daniela Rus dan Wojciech Matusik, semuanya dari MIT.

Gambar RoboGrammar

Pilihan desain berkinerja terbaik yang dihasilkan dengan RoboGrammar. Desainnya dapat melintasi plot terjal, lanskap datar, danau es, dan medan yang luas. Kredit: Atas kebaikan para peneliti

Aturan pertanahan

Robot dibuat untuk berbagai macam tugas yang hampir tak terbatas, namun “semuanya cenderung sangat mirip dalam bentuk dan desain keseluruhan,” kata Zhao. Misalnya, “ketika Anda berpikir untuk membuat robot yang harus melintasi medan yang berbeda, Anda langsung melompat ke hewan berkaki empat,” tambahnya, merujuk pada hewan berkaki empat sebagai anjing. “Kami bertanya-tanya apakah ini benar-benar konsep yang optimal.”

Tim Zhao berspekulasi bahwa desain yang lebih inovatif dapat meningkatkan fungsionalitas. Jadi mereka membangun model komputer untuk tugas tersebut – sebuah sistem yang tidak terlalu dipengaruhi oleh konvensi sebelumnya. Dan meskipun daya cipta adalah tujuannya, Zhao harus menetapkan beberapa aturan dasar.

Zhao menulis di surat kabar The Universe of Possible Robot Forms “sebagian besar terdiri dari desain yang tidak masuk akal.” “Jika Anda dapat menghubungkan bagian-bagiannya secara sewenang-wenang, Anda akan berakhir dengan kekacauan,” katanya. Untuk menghindari hal ini, timnya mengembangkan “tata bahasa grafis” – serangkaian batasan pada pengaturan komponen robot. Misalnya, ruas kaki yang berdekatan harus dihubungkan dengan satu sendi, bukan dengan ruas kaki lainnya. Aturan semacam itu memastikan semua pekerjaan yang dihasilkan komputer, setidaknya pada tingkat dasar.

Zhao mengatakan aturan tata bahasanya tidak terinspirasi oleh robot lain tetapi oleh hewan – terutama artropoda. Invertebrata ini termasuk serangga, laba-laba, dan lobster. Sebagai sebuah kelompok, artropoda adalah kisah sukses evolusioner, terhitung lebih dari 80 persen spesies hewan yang diketahui. “Mereka dicirikan dengan memiliki badan pusat dengan jumlah segmen yang bervariasi. Beberapa segmen mungkin memiliki kaki yang terpasang,” kata Zhao. “Dan kami menyadari bahwa itu cukup untuk menggambarkan tidak hanya artropoda tetapi juga bentuk yang lebih dikenal,” termasuk hewan berkaki empat. Zhao telah mengadopsi aturan yang terinspirasi oleh arthropoda, sebagian berkat fleksibilitas ini, meskipun ia telah menambahkan beberapa penyesuaian mekanis. Misalnya, memungkinkan komputer merakit roda, bukan kaki.

Sebuah barisan robot

Menggunakan tata bahasa grafis Zhao, RoboGrammar beroperasi dalam tiga fase berurutan: definisi masalah, elaborasi solusi robotik yang mungkin, lalu pemilihan solusi yang optimal. Definisi masalah sebagian besar jatuh ke tangan pengguna manusia, yang menyisipkan rangkaian komponen robotik yang tersedia, seperti motor, kaki, dan segmen sambungan. “Ini adalah kunci untuk memastikan bahwa robot akhir dapat benar-benar dibuat di dunia nyata,” kata Zhao. Pengguna juga menentukan variasi medan yang akan dilalui, yang dapat mencakup kombinasi elemen seperti tangga, area datar, atau permukaan licin.

Dengan masukan ini, RoboGrammar kemudian menggunakan aturan tata bahasa grafis untuk merancang ratusan ribu struktur robot yang potensial. Beberapa samar tampak seperti perlombaan. Yang lain terlihat seperti laba-laba, atau orang yang melakukan push-up. “Sangat menginspirasi bagi kami untuk melihat ragam desain,” kata Zhao. “Ini jelas menunjukkan ekspresi tata bahasa.” Tetapi meskipun tata bahasa dapat membanggakan kuantitas, desainnya tidak selalu memiliki kualitas yang optimal.

Memilih desain robot terbaik membutuhkan pemantauan pergerakan setiap robot dan mengevaluasi fungsinya. “Sampai sekarang, robot ini hanyalah struktur,” kata Zhao. Pengontrol adalah sekumpulan instruksi yang menghidupkan struktur tersebut, yang mengatur urutan pergerakan berbagai motor robot. Tim telah mengembangkan pengontrol untuk setiap robot dengan algoritma yang disebut Kontrol Model Prediktif, yang mengutamakan gerakan maju cepat.

“Bentuk dan pengontrol robot sangat saling terkait,” kata Zhao, “itulah sebabnya kami harus mengoptimalkan pengontrol untuk setiap robot yang diberikan secara individual.” Setelah setiap robot yang disimulasikan bebas bergerak, peneliti mencari robot berperforma tinggi dengan “penelusuran heuristik grafis”. Algoritme jaringan saraf ini mengambil sampel secara berulang dan mengevaluasi kumpulan robot, serta mempelajari desain mana yang cenderung bekerja paling baik untuk aktivitas tertentu. “Fungsi heuristik meningkat seiring waktu,” kata Zhao, “dan penelitian menyatu dengan robot yang optimal.”

Semua ini terjadi sebelum perancang manusia mengambil nyawa.

“Pekerjaan ini mencapai puncak kesuksesan dalam 25 tahun penelitian untuk secara otomatis memahami morfologi dan kendali robot,” kata Hod Lipson, insinyur mesin dan komputer di Universitas Columbia, yang tidak terlibat dalam proyek. “Ide menggunakan bentuk-bentuk tata bahasa telah ada sejak lama, tetapi ide ini belum diterapkan sebaik dalam karya ini. Setelah kami dapat membuat mesin merancang, membuat, dan memprogram robot secara otomatis, semua taruhan dibatalkan. ”

Zhao memahami sistem sebagai percikan kreativitas manusia. Dia menggambarkan RoboGrammar sebagai “alat bagi perancang robot untuk memperluas ruang struktur berbasis robot.” Untuk menunjukkan kelayakannya, tim mereka berencana untuk membuat dan menguji beberapa robot RoboGrammar yang optimal di dunia nyata. Zhao menambahkan bahwa sistem tersebut dapat diadaptasi untuk mengejar target robotik di luar perlintasan medan. Dan dia mengatakan RoboGrammar dapat membantu mengisi dunia virtual. “Kami mengatakan dalam video game bahwa Anda ingin menghasilkan banyak jenis robot yang berbeda, tanpa seorang seniman harus membuatnya masing-masing,” kata Zhao. “RoboGrammar akan segera bekerja untuk ini.”

Hasil yang mengejutkan untuk proyek ini? “Sebagian besar desain akhirnya merangkak pada akhirnya,” kata Zhao. Mungkin perancang robot manual punya alasan untuk tertarik pada hewan berkaki empat yang panjang. “Mungkin ada yang salah.”

Referensi: “RoboGrammar: Graph Grammar for Terrain-Optimized Robot Design” oleh Allan Zhao, Jie Xu, Mina Konaković-Luković, Josephine Hughes, Andrew Spielberg, Daniela Rus dan Wojciech Matusik.
PDF

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skrining sinar-X mengidentifikasi obat yang menjanjikan untuk pengobatan COVID-19

Sebuah tim peneliti, termasuk ilmuwan MPSD, telah mengidentifikasi beberapa kandidat untuk melawan obat tersebut SARS-CoV-2 coronavirus menggunakan sumber cahaya sinar-X PETRA III di German...

Teori konspirasi memengaruhi perilaku kita – bahkan jika kita tidak mempercayainya!

Paling tidak karena COVID-19 pandemi, teori konspirasi lebih relevan dari sebelumnya. Mereka diberitakan dan didiskusikan di hampir semua media dan komunikasi. Tapi...

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Newsletter

Subscribe to stay updated.