Вигнутий дріт переніс рухи віртуальних персонажів у реальність

Розробники з Disney Research представили алгоритм, що дозволяє створювати каркаси роботів, які реалістично рухаються, повторюють рухи віртуальних персонажів. Користувачеві необхідно задати будову робота і набір його рухів, після чого алгоритм самостійно розрахує розташування і тип згинів, які дозволять одному дроту охопити весь набір рухів. Розробка була представлена на конференції SIGGRAPH Asia 2018.

Сучасні комп'ютерні алгоритми здатні вчитися точно копіювати рухи людини, наприклад, навіть виконувати трюки з переворотом. Однак при перенесенні цих навичок на реальних роботів у інженерів виникають технологічні проблеми, пов'язані з тим, що роботи не володіють таким же великим набором м'язів і гнучких тканин. У результаті при виконанні складних рухів віртуальної моделі реальний робот може відтворити їх тільки наближено і в певних положеннях.

Інженери з Disney Research під керівництвом Моріца Бехера (Moritz Bächer) навчилися автоматично створювати роботів, що реалістично рухаються і складаються з дроту. Ці дроти складають скелетоподібний каркас для роботів, частини якого рухаються завдяки натягненню прикріплених до них тросів.

Інженери створили алгоритм, який автоматично підбирає параметри дроту для робота. Спочатку користувачеві необхідно надати алгоритму вихідні дані - скелетоподібну модель, що складається з прямих і жорстких сегментів різної довжини, з'єднаних зчленуваннями, а також набір з декількох положень. Складність завдання полягає в тому, що весь цей набір рухів повинен охопити один і той же дріт.

Розробники вирішили проблему безперервності рухів робота за допомогою дроту зі змінною жорсткістю. Після отримання моделі і рухів від користувача алгоритм підбирає для кожного сегмента дроту таку жорсткість, щоб весь дріт зміг повторити заданий набір рухів. Змінну жорсткість інженери реалізували за допомогою згинання дроту в пружини певних конструкцій. На другому етапі алгоритм замінює прямі сегменти зигзагоподібними пружинами з оптимальними властивостями. Після цього настає останній етап, на якому алгоритм оптимізує конструкцію, перебираючи набагато більшу кількість пружин різних конструкцій зі своєї бази даних, наприклад, у вигляді незамкнутого п'ятикутника і навіть поздовжньої пружини.

Отримана в результаті роботи алгоритму схема пружин віддається на апарат, який самостійно подає дріт і згинає його за допомогою обертового колеса з багнетом. Потім дроти закріплюються на корпусі робота і зв'язуються з моторами за допомогою тросів. Таким способом інженери створили шість прототипів, у тому числі руку, здатну захоплювати предмети, і шестиногого робота-божу корівку.

Раніше фахівці з Disney Research вже показували свої розробки в цій і суміжних областях. Наприклад, вони створили іншу систему, яка також приймає на вході скелетоподібну структуру віртуального персонажа і розраховує для неї складові елементи і розташування тросів, але в тій роботі дослідники використовували тільки жорсткі елементи. Пізніше вони також створили алгоритм для складання з універсальних модулів чотирилапих роботів, які виконують задані користувачем рухи.

А інша група інженерів у 2017 році навчила алгоритм створювати з дроту і двох моторів роботів, які виконують конкретне завдання. Наприклад, він може сам підібрати такий набір вигинів, щоб робот міг повзти по трубі, скручуючись в різні боки.