Les chercheurs du MIT ont automatisé et optimisé la conception de robots avec un système appelé RoboGrammar.

La conception de robots assistée par ordinateur met à l’échelle un nouveau terrain

Un nouveau système développé par le MIT permet de concevoir des formes de robot et de déterminer sa capacité optimale à traverser un terrain particulier.

Le système basé sur la simulation s’appelle RoboGrammar et est une approche entièrement automatisée de la conception de robots qui peut simultanément optimiser les structures physiques et les contrôleurs des robots.

Le but du système est de prendre un ensemble de composants primitifs spécifiés par l’utilisateur et de générer une structure de robot et un contrôleur optimaux pour traverser un terrain donné, selon un Document de recherche du MIT, «RoboGrammar: Grammaire graphique pour la conception de robots optimisés pour le terrain.»

Les chercheurs du MIT ont automatisé et optimisé la conception de robots avec un système appelé RoboGrammar.Massachusetts Institute of Technology (MIT)

Le processus commence par la définition du problème par l’utilisateur et la saisie des composants primitifs spécifiés (tels que les types d’articulation, les liens et les roues), chacun avec des attributs prescrits (tels que les angles et axes de rotation, les tailles et les poids). L’utilisateur spécifie également la variété de terrain à traverser, qui peut inclure des combinaisons d’éléments tels que des marches, des zones plates ou des surfaces glissantes. Cette étape est essentielle pour s’assurer que le robot peut être construit dans le monde réel.

Dans le cadre de simulation RoboGrammar, note l’article, chaque robot est représenté par un graphique. Pour cela, les chercheurs ont utilisé un ensemble de règles de production et de graphes valides (grammaire des graphes), ce qui permet une modélisation 3D complexe. L’évolutivité et l’applicabilité aux systèmes physiques font partie des avantages de l’utilisation de cette méthode. Les chercheurs attribuent des idées d’exemples antérieurs, tels que les grammaires de graphes pour les systèmes de train d’engrenages épicycloïdaux et pour la modélisation de l’auto-assemblage de systèmes robotiques, comme source d’inspiration pour leur méthode.

Les règles de grammaire sont complétées par une synthèse physique et par contrôleur, qui a permis aux chercheurs d’optimiser et de tester les conceptions de robots. Un algorithme appelé contrôle prédictif modèle (MPC) a été utilisé pour trouver rapidement une démarche stable et périodique et qui a donné la priorité à un mouvement rapide vers l’avant.

Le système RoboGrammar crée des robots inspirés des arthropodes pour traverser une variété de terrains.  Sur la photo, plusieurs conceptions de robot générées avec RoboGrammar.Le système RoboGrammar crée des robots inspirés des arthropodes pour traverser une variété de terrains. Sur la photo, plusieurs conceptions de robot générées avec RoboGrammar.Massachusetts Institute of Technology (MIT)

Allan Zhao, auteur principal de l’article et doctorant au Laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle du MIT (CSAIL), a déclaré tLa forme et le contrôleur du robot sont étroitement liés. «Nous devons optimiser individuellement un contrôleur pour chaque robot donné», a-t-il déclaré.

Zhao s’est inspiré des arthropodes – insectes, araignées et homards. «Ils se caractérisent par un corps central avec un nombre variable de segments. Certains segments peuvent avoir des jambes attachées », a déclaré Zhao. «Et nous avons remarqué que cela suffit pour décrire non seulement les arthropodes, mais aussi des formes plus familières», y compris les quadrupèdes. Zhao a adopté les règles inspirées des arthropodes pour leur flexibilité, mais a ajouté des paramètres mécaniques, tels que les roues, comme alternative aux jambes.

Une fois que chaque robot simulé est libre de se déplacer, les chercheurs peuvent rechercher des robots très performants avec une «recherche heuristique graphique». Cet algorithme de réseau de neurones échantillonne et évalue de manière itérative des ensembles de robots, et il apprend quelles conceptions ont tendance à mieux fonctionner pour une tâche donnée. «La fonction heuristique s’améliore avec le temps», a expliqué Zhao, «et la recherche converge vers le robot optimal.»


RoboGrammar: Grammaire graphique pour la conception de robots optimisés pour le terrain. (Crédit: Groupe de fabrication informatique du MIT)

Contrairement à de nombreuses approches alternatives de la conception générative de robots, les auteurs ont déclaré que ce cadre permet aux chercheurs de structurer et de limiter l’espace de conception en appliquant une grammaire graphique, tout en permettant également à des solutions créatives d’émerger.

L’équipe de recherche prévoit de construire et de tester certains des robots optimaux de RoboGrammar dans le monde réel.

Zhao pense que le système pourrait également être adapté presque immédiatement pour poursuivre des objectifs robotiques au-delà de la traversée de terrain. Un exemple serait d’aider à peupler les mondes virtuels. «Disons que dans un jeu vidéo, vous vouliez générer beaucoup de types de robots, sans qu’un artiste ait à créer chacun d’eux», a-t-il expliqué.

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