Как спроектировать собственного робота за считанные минуты

Даже когда роботы становятся все более распространенными в разных частях нашего мира, они остаются невероятно трудными в изготовлении. Проектирование, моделирование, изготовление и тестирование роботов невероятно медленные процессы и дорогостоящие: даже одно небольшое изменение может означать дни или недели переосмысления и пересмотра важного оборудования.

Но что, если бы был способ позволить неспециалистам создавать разные роботизированные конструкции — за один присест?

Исследователи из Лаборатории вычислительной техники и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL) приближаются к этому. В новой статье они представляют систему под названием «Интерактивная Robogami», которая позволяет вам создавать робот за считанные минуты, а затем распечатать его на 3D принтере и собрать всего за четыре часа.

Одной из ключевых особенностей системы является то, что она позволяет дизайнерам определять движение робота («походка») и форму («геометрия»), которая часто разделяется в системах проектирования.

«Проектирование роботов обычно требует опыта, который есть только у инженеров-механиков, — говорит студент PhD и соавтор — Андрьян Шульц. «Что интересно, так это то, что мы создали инструмент, который позволяет случайному пользователю создавать собственного робота, предоставляя им эти экспертные знания».

Документ, который публикуется в новом выпуске Международного журнала исследований робототехники, возглавлял аспирант Синтия Сун вместе с профессорами Массачусетского технологического института Войцехом Матусиком и Даниэлой Рус.

Другие соавторы включают аспиранта Эндрю Спилберга, бывшего студента-мастера Вэй Чжао, бывшего студента Робин Ченг и профессора Колумбийского университета Эйтана Гринспуна. (Сун теперь является доцентом в Университете Пенсильвании.)

Как это работает

3D-печать изменила способ превращения людей в реальные объекты, что позволяет пользователям отказаться от более традиционного производства. Несмотря на эти разработки, в современных инструментах проектирования все еще есть ограничения по пространству и движению, и есть крутая кривая обучения для понимания различных нюансов.

Интерактивная Robogami стремится быть намного более интуитивно понятной. Он использует симуляции и интерактивную обратную связь с алгоритмами составления дизайна, позволяя пользователям сосредоточиться на концептуальном дизайне на высоком уровне. Пользователи могут выбирать из библиотеки более чем 50 различных тел, колес, ног и «периферийных устройств», а также выбирать различные шаги («походки»).

Важно отметить, что система может гарантировать, что дизайн на самом деле возможен, анализируя такие факторы, как скорость и стабильность, чтобы делать предложения и гарантировать, что, например, пользователь не создает робота настолько тяжелого, что он не сможет двигаться.

Технология оригами, включает печать дизайна в виде плоских граней, соединенных в суставах, а затем складывание дизайна в конечную форму, сочетающее наиболее эффективные части 2D и 3D-печати.

«Трехмерная печать позволяет печатать сложные жесткие структуры, а 2D-изготовление дает вам легкие, но прочные структуры, которые можно быстро создавать», — говорит Сунг. «Благодаря 3D-печатанию 2D-моделей мы можем использовать эти преимущества для разработки прочных, сложных конструкций с легкими материалами».

Результаты

Чтобы проверить систему, команда использовала восемь команд, которым было дано двадцать минут обучения, и две задачи.

Одна из задач заключалась в создании мобильного, стабильного дизайна автомобиля всего за десять минут. Во второй задаче пользователи получили дизайн робота и их попросили создать траекторию для навигации робота через курс препятствий за наименьшее количество времени в пути.

Команда изготовила в общей сложности шесть роботов, каждая из которых занимала от 10 до 15 минут для проектирования, от 3 до 7 часов для печати и от 30 до 90 минут для сборки. Команда обнаружила, что их трехмерный метод печати и вывода сократил время печати на 73%, а количество материала — на 70%. Роботы также продемонстрировали широкий диапазон движений, например, используя одиночные ноги для ходьбы, используя разные последовательности шагов и одновременно используя ноги и колеса.

«Вы можете быстро разработать робота, и распечатать его, и это поможет вам выполнить эти задачи очень быстро, легко и дешево», — говорит Сун. «Это снижает барьер, чтобы каждый проектировал и создавал своих собственных роботов».

Rus надеется, что люди смогут интегрировать роботов в повседневные задачи и что подобные системы с быстрыми технологиями печати позволят широкомасштабную настройку и производство роботов.

«Эти инструменты позволяют применять новые подходы к обучению вычислительному мышлению и созданию», — говорит Русь. «Студенты могут не только учиться, кодируя и создавая свои собственные роботы, но и воплощая в жизнь концептуальные идеи о том, что на самом деле могут делать их роботы».

Хотя текущая версия посвящена проектам, которые могут ходить, команда надеется, что в будущем роботы могут бежать. Другая цель состоит в том, чтобы пользователь мог войти в систему и определить поведение робота с точки зрения задач, которые он может выполнять.

«Этот инструмент позволяет быстро исследовать динамические роботы на ранней стадии процесса проектирования», — говорит Мориц Бэчер, научный сотрудник Disney Research, который не участвовал в исследовании. «Эксперт определяет строительные блоки с ограничениями и правилами состава и открывает путь для неспециалистов для создания сложных роботизированных систем. Эта система, вероятно, будет стимулировать последующую работу, нацеленную на расчетный дизайн еще более сложных роботов».

Это исследование было поддержано программой «Экспедиции в науке» Национального научного фонда.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить