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新模拟器帮助机器人提高切割技能

来自南加州大学 (USC) 计算机科学系和 NVIDIA 的研究人员推出了一种新的机器人切割模拟器,该模拟器可以准确再现刀在切割水果和蔬菜等常见食品时作用在刀上的力。该系统还可以模拟切割人体组织,为手术机器人提供潜在的应用。该论文于 7 月 16 日在 2021 年机器人:科学与系统 (RSS) 会议上发表,并获得了最佳学生论文奖。

过去,研究人员在创建可复制切割的智能机器人时遇到了麻烦。一个挑战:在现实世界中,没有两个物体是相同的,而且当前的机器人切割系统都在努力应对变化。为了克服这个问题,该团队设计了一种独特的方法来模拟切割,通过在被切割物体的两半(由网格表示)之间引入弹簧。这些弹簧会随着时间的推移而减弱,与刀具施加在网格上的力成正比。

“使我们的模拟器成为一种特殊类型的模拟器的原因在于它是‘可微分的’,这意味着它可以帮助我们根据现实世界的测量结果自动调整这些模拟参数,”主要作者、南加州大学计算机科学博士生 Eric Heiden 说。 .“这很重要,因为缩小这一现实差距对当今的机器人专家来说是一项重大挑战。没有这一点,机器人可能永远无法摆脱模拟进入现实世界。”

要将技能从模拟转移到现实,模拟器必须能够模拟真实系统。在其中一项实验中,研究人员使用来自物理机器人的力剖面数据集,对刀在现实生活中的移动方式进行高度准确的预测。除了在食品加工业中的应用,机器人可以接管重复切割等危险任务,模拟器还可以提高手术机器人的力触觉反馈准确性,帮助指导外科医生并防止受伤。

“在这里,重要的是要有一个精确的切割过程模型,并且能够真实地再现在切割不同种类的组织时作用在切割工具上的力,”海登说。“通过我们的方法,我们能够自动调整我们的模拟器以匹配不同类型的材料,并实现对力分布的高精度模拟。”在正在进行的研究中,该团队正在将该系统应用于现实世界的机器人。

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