Investigadors de la CSIRO & Queensland University of Technology, recentment han realitzat un estudi destinat a evolucionar automàticament l'estructura física dels robots per millorar el seu rendiment en diferents entorns. Aquest projecte, finançat per la Plataforma de Ciència Futura de matèria activa integrada de la CSIRO, va ser idea de David Howard, investigador científic del Grup de Robòtica Autònoma i de Data61 (RASG).
El RASG, se centra en la robòtica de camp, el que significa que cal que els robots surtin a llocs remots i realitzin missions en condicions ambientals adverses i difícils. Aquesta recerca es va fer com a conseqüència d'una oportunitat donat que RASG fa un ús extensiu de la impressió 3D per construir i personalitzar els robots. Aquesta investigació mostra un disseny d'algoritme que pot generar components 3D de forma automàtica perquè els robots estiguin millor equipats i així, funcionar en diferents entorns.
L'objectiu principal de l'estudi era generar de forma automàtica, components que milloressin el rendiment de l'entorn específic d'un robot, amb mínimes restriccions. Els investigadors es van centrar especialment en les potes d'un robot hexàpode (de 6 potes), que pot operar en una varietat d'entorns, inclosos els entorns industrials, els boscos tropicals i les platges.
Les potes són fàcilment convertibles en fitxers imprimibles 3D, de manera que es poden imprimir les potes fàcilment i enganxar-les als hexàpodes per a la seva implementació. S'ha plantejat la hipòtesi que canviar la forma de les potes donaria un rendiment diferent de manera que, el document descriu una demostració primerenca d'aquesta capacitat. Es va inspirar en la força creativa més poderosa del planeta,que una i altra vegada crea formes que funcionen en condicions ambientals molt difícils: l'evolució.
Una pota optimitzada per a superfícies sòlides. Font: Collins et al.
El sistema desenvolupat per Howard i els seus col·legues, utilitza un algoritme genètic per optimitzar les col·leccions de splines de Bezier (versions 3D de l'eina 'corba' de Microsoft Paint), que defineix la forma de la tíbia del robot. Els dissenys de les potes dels candidats s'optimitzen en funció de la seva forma d'ajust que necessiten en un entorn en particular. Aquesta optimització es va basar en una funció de l'energia necessària que cal per recórrer un entorn i la quantitat de material necessari per crear la pota.
Es començarà amb una població de potes aleatòries, avaluant-les en un entorn simulat d'alta fidelitat (graves, terra dura i aigua). Aquests resultats s'utilitzen per implementar un procés de selecció i de supervivència per identificar el més adequat de manera que, sobreviuen les potes bones i es moren les dolentes. Les potes bones tenen l'oportunitat de reproduir-se, utilitzant anàlegs de crossover, en què una pota 'infantil' té característiques de dues potes primàries, de manera que mitjançant de la mutació, es modifiquen aleatòriament.
Aquest enfocament permet a l'algoritme buscar bones formes per aplicar-se a les potes del robot, dins d'un espai de possibles solucions. Els investigadors van generar una sèrie de potes 'infantils' i, després, van tenir de "competir" amb les potes dels pares per determinar quina seria inclosa en la ronda de la pròxima generació. La forma de les potes del robot va ser optimitzada automàticament amb el temps, després de centenars d'aquestes generacions.
Una pota optimitzada per a superfícies de grava. Font: Collins et al.
Es va poder demostrar l'especialització al medi i ambient de les poblacions de potes ja que es va evolucionar automàticament de manera que, per exemple, les petjades més grans es veien constantment a les cames que evolucionaven per caminar en la grava, ja que això impedeix que la pota llisqui per la grava i quedi encallada o gasti una excessiva energia. d'altra banda, les potes es van fer més primes quna no es va identificar cap penalització per tenir una petjada més petita.
Els investigadors van descobrir que les potes produïdes eren, retocades de forma efectiva en un sentit evolutiu. En altres paraules, la forma de les potes variava enormement, ja que s'havien desenvolupat per treballar millor en diferents ambients.
Font: Queensland University of Technology
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada