不断发展的机器人物理结构以提高不同环境下的性能

发布时间：2022-10-19 22:21:21 来源：豪游娱乐网

不断发展的机器人物理结构，以提高不同环境下的性能

CSIRO和昆士兰科技大学的研究人员最近进行了一项研究，旨在自动改变机器人的物理结构，以增强其在不同环境中的性能。

该项目由CSIRO的“主动集成物质未来科学平台”资助，由Data61机器人与自主系统小组的研究科学家David Howard构思。

戴维·霍华德告诉TechXplore：“ RASG专注于现场机器人技术，这意味着我们需要我们的机器人到遥远的地方并在不利，困难的环境条件下执行任务”

“研究是通过一个确定的机会进行的，因为RASG广泛使用3D打印来构建和定制我们的机器人。该研究证明了一种设计算法，该算法可以自动生成3D可打印组件，从而使我们的机器人能够更好地装备在不同的环境中发挥作用。”

该研究的主要目的是自动生成可以提高机器人在特定环境下的性能的组件，而对这些组件的外观的约束则最小。研究人员特别关注六足机器人的腿部，该机器人可以部署在多种环境中，包括工业环境，雨林和海滩。

霍华德说：“腿很容易转换成3D可打印文件，因此我们可以轻松打印腿并将其夹在六足动物上进行部署。”

“我们假设改变腿部的形状会给我们带来不同的性能，并且本文描述了这种功能的早期展示。我们从地球上最强大的创造力中汲取了灵感，一次又一次地创造了有时会起作用的形式非常困难的环境条件：进化。”

专门针对坚硬土壤表面的支腿。霍华德和他的同事开发的系统使用遗传算法来优化Bezier样条曲线集合，从而定义了机器人的胫骨形状。

候选支腿的设计基于其在特定环境中的适应性进行了优化。在他们的研究中，此优化基于穿越环境所需的能量和创建支腿所需的材料量的函数。

霍华德解释说：“我们首先从一群随意的腿开始，在高保真模拟环境下评估它们，并获得它们的健身得分。”

这些分数用于实现“适者生存”的选择过程，以便保留好腿，而“坏腿”被杀死。然后，好腿有机会使用交叉的类似物进行繁殖，在这种情况下，一条孩子的腿具有两条父母腿的特征，并且通过突变，可以随意改变形状的特征。”

这种方法允许算法在可能的解决方案空间内搜索要应用到机器人腿上的良好形状。研究人员产生了许多孩子的腿，然后让它们与父母的腿“竞争”，以确定哪一条将被纳入下一代。经过数百次这样的生成，机器人的腿部形状会随着时间的流逝而自动优化。

专为砾石表面优化的支腿。霍华德说：“我们能够在腿部人群中展现出环境专业化水平。”

“它们会自动进化，例如，不断观察到大腿上的脚印演变成在砾石中行走，因为这可以阻止腿滑入砾石中并被卡住，或者消耗过多能量以去除腿。在坚硬的土壤中，另一方面，腿部变细了，因为占地面积较小没有受到惩罚。”

研究人员发现，从进化的意义上讲，所产生的腿确实“被ched了”。换句话说，腿的形状变化很大，因为它们已经进化为在不同的环境中效果最佳。

霍华德说：“在性能方面，在一个环境中的最佳选择也不在其他环境中最佳。” “这很重要，因为它表明我们的算法可以创建特定于环境的形状。”

霍华德和他的同事进行的这项研究可能是迈向开发最适合在不同环境下运行的机器人的重要的第一步。

到目前为止，他们仅在模拟中评估了生成的分支。因此，在将它们部署之前，研究人员将需要在现实世界中测试他们的设计，并证明它们的性能比常规支腿更好。

腿附着在研究人员的六足动物之一上。图片来源：Collins等。

霍华德说：“我们还想考虑使用演变来选择不同的材料类型。”

“我们可以使用多种材料的3D打印来创建由不同类型的材料制成的支腿，我们希望这将进一步提高支腿在不同环境中正常工作的能力。

我们还开始对支腿使用更复杂的表示方法在这种情况下，神经网络的形状称为合成图案生成网络，该网络可以指定腿的形状和材料属性，而不仅限于像贝塞尔曲线那样的几何形状。”