Le nouvel outil de conception axé sur l'IA optimise les performances et les fonctionnalités
Comme les poulpes qui se pressaient dans une minuscule grotte marine, les robots metatruss peuvent s'adapter à des environnements exigeants en changeant leur forme. Ces puissants robots de morphing sont faits de fermes composées de centaines de poutres et de joints qui tournent et se tournent, permettant des transformations volumétriques étonnantes.
Mais à mesure que les tâches deviennent plus compliquées, la conception du robot aussi. L'ajout de faisceaux d'actionnement à la ferme du robot peut l'aider à effectuer plus de mouvements ou de tâches, mais il augmente également de façon exponentielle la complexité de contrôle. Et tandis que les concepteurs peuvent regrouper manuellement les actionneurs en réseaux de contrôle pour une plus grande simplicité, ce processus est à la fois fastidieux et en main-d'œuvre.
Maintenant, une équipe de chercheurs dirigés par l'UC Berkeley a développé un cadre axé sur l'IA pour optimiser et automatiser la conception de robots de fermes complexes. Comme indiqué dans le journal Communications de la naturecette approche permet aux concepteurs de créer des robots avec des capacités extraordinaires tout en maximisant l'efficacité du contrôle.
« En utilisant un algorithme génétique, notre méthode d'optimisation peut déterminer le nombre minimum d'unités de contrôle nécessaires pour atteindre les tâches que vous souhaitez », a déclaré la doublure Yao, chercheur principal de l'étude et professeur adjoint de génie mécanique. « Vous pouvez donc concevoir automatiquement un robot capable de atteindre tous vos objectifs, tels que se transformer en certaines formes, se déplaçant aussi vite que possible et saisir une balle. »
Yao, directeur du Morphing Matter Lab à UC Berkeley, a collaboré à ce travail avec des chercheurs de l'Université Carnegie Mellon et du Georgia Institute of Technology.
En utilisant leur nouveau cadre, les chercheurs ont développé plusieurs prototypes – y compris un robot quadrupé, un casque de changement de forme, un robot de marche inspiré du homard et un actionneur de type tentacule – puis ont testé leurs performances.
Leurs résultats ont montré que les robots générés par l'AI pouvaient obtenir des adaptations de forme complexes avec des unités de contrôle minimales. Les résultats ont également identifié le nombre optimal de réseaux de contrôle avant que les gains de performance ne commencent à diminuer.
« Nous nous sommes inspirés de la synergie musculaire en biologie, où la complexité est gérée par des groupes coordonnés plutôt que par un contrôle individuel.
« Il semble y avoir un endroit idéal où vous trouverez le nombre minimum de canaux, mais obtenez toujours de bonnes performances », a déclaré Yao. « Et c'est quelque chose que statistiquement, l'IA peut comprendre pour nous. Il peut essentiellement explorer tout l'espace et sélectionner le nombre raisonnable de canaux. »
Yao et Gu ont déclaré qu'ils étaient le plus surpris par la capacité de l'algorithme à gérer les conceptions et les exigences de fonctionnalité extrêmement complexes.
« Lorsque nous parlons de robots, la tâche la plus simple que les gens essaient est la locomotion – obtenez le robot pour fonctionner le plus vite possible », a déclaré Yao. « Nous avons commencé là-bas, mais, à la fin, nous avons été agréablement surpris de voir comment l'algorithme nous a aidés à réaliser notre vision d'un robot changeant de forme. »
Le cadre est actuellement construit sur un «type de collaboration humaine-AI», le concepteur fournissant une entrée initiale sur les formes et le comportement du robot. En tant qu'étape suivante, les chercheurs prévoient d'incorporer un cadre de conception génératif rendu activé par un modèle de langue large et d'autres technologies.
« Imaginez que vous voulez concevoir un casque qui vous convient », a déclaré Yao. « L'espoir est qu'un cadre d'IA génératif pourra vous regarder, déterminer vos dimensions et les situations où vous pourriez utiliser le casque, puis générer automatiquement différents états de forme et la politique de contrôle. »
Selon Yao, la conception avec l'IA peut nous faire repenser la façon dont nous définissons un robot et son rôle dans notre vie quotidienne. Elle envisage ce cadre un jour étant utilisé pour créer une nouvelle génération de robots de morphing, avec des fonctionnalités limitées uniquement par l'imagination du concepteur.
Elle et son équipe réfléchissent déjà à de nouvelles possibilités et à des innovations fantastiques, y compris des draps d'hôpital en centaines d'unités de ferme qui peuvent automatiquement se transformer, transformer un patient et même masser leur corps en le serrant.
« En concevant ces robots avec l'IA, nous pouvons potentiellement avoir tant de degrés de liberté, avec autant de fermes individuelles, et beaucoup plus de contrôlabilité en termes de forme que les robots peuvent passer », a déclaré Yao.
« Ainsi, les articles de tous les jours comme les appareils portables, les draps, les chaises – toutes ces choses – pourraient bientôt gagner la capacité de transformer et de fonctionner robotiquement. »
