軟體機(jī)器人能夠延展和操控自己形狀 擁有傳統(tǒng)機(jī)器人沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)

軟體機(jī)器人屬于一個(gè)新的領(lǐng)域，它可能在諸如外科手術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用（手術(shù)時(shí)的納米機(jī)器人需要在人體內(nèi)部移動(dòng)而不損傷軟組織）。軟體機(jī)器人通常由彈性、高柔韌性甚至有機(jī)材料制成，這為它們?cè)趥鹘y(tǒng)剛性機(jī)器人無(wú)法勝任的角色中部署提供了機(jī)會(huì)。另外，高度靈活的軟體機(jī)器人也很有可能成為制造業(yè)和倉(cāng)庫(kù)環(huán)境中的關(guān)鍵部件。

下個(gè)月即將在溫哥華召開(kāi)的神經(jīng)信息處理系統(tǒng)（Neural Information Processing Systems）會(huì)議上，麻省理工學(xué)院的研究者將詳細(xì)介紹一種優(yōu)化軟體機(jī)器人控制和設(shè)計(jì)的新方法?；诖朔椒ǎ涹w機(jī)器人將能夠完成過(guò)去由于嚴(yán)重依賴計(jì)算能力而難以完成的任務(wù)。

軟體機(jī)器人能夠延展和操控自己形狀，是極其靈活的。從計(jì)算的角度來(lái)看，這意味著它們有無(wú)數(shù)種運(yùn)動(dòng)方式，讓計(jì)算機(jī)的訓(xùn)練任務(wù)變得極其繁重。

該項(xiàng)研究的第一作者、計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）畢業(yè)生安德魯·斯皮爾伯格（Andrew Spielberg）在博客中寫(xiě)道：“軟體機(jī)器人是無(wú)限維的生物，在任意給定時(shí)刻都有上十億種不同的彎曲方式，但事實(shí)上，軟物體有其自然的彎曲方式。我們發(fā)現(xiàn)軟體機(jī)器人的自然狀態(tài)可以非常簡(jiǎn)潔地用低維來(lái)描述。我們通過(guò)學(xué)習(xí)對(duì)可能狀態(tài)的良好描述來(lái)優(yōu)化軟體機(jī)器人的控制和設(shè)計(jì)?！?/p>

為了訓(xùn)練和開(kāi)發(fā)他們的軟體機(jī)器人應(yīng)用程序，研究人員創(chuàng)建了一個(gè)模擬，以訓(xùn)練二維和三維軟體機(jī)器人完成諸如抵達(dá)目標(biāo)物體以及操控自身形狀等任務(wù)。實(shí)驗(yàn)證明，該模擬中，機(jī)器人程序化運(yùn)動(dòng)的速度和精度都比復(fù)雜的傳統(tǒng)方法有了顯著提高。通常需要進(jìn)行多達(dá)30000次模擬才能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化，新方法只需400次。

在模擬中，一個(gè)名為“觀察者”的程序計(jì)算所有變量，并監(jiān)督一個(gè)軟體機(jī)器人完成指定任務(wù)的情況。此前，研究人員設(shè)計(jì)了一簇包含機(jī)器人可進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)詳細(xì)信息的parTIcle（粒子仿真），如果機(jī)器人試圖越過(guò)這些限制，則會(huì)被抵抗運(yùn)動(dòng)的制動(dòng)器阻止。然而，手工設(shè)置所有這些規(guī)則是非常耗時(shí)的。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員創(chuàng)建了一個(gè)“循環(huán)學(xué)習(xí)優(yōu)化（learning-in-the-loop opTImizaTIon）”，其中所有參數(shù)都是在多個(gè)模擬中通過(guò)一個(gè)反饋循環(huán)來(lái)學(xué)習(xí)的。

麻省理工學(xué)院指出：“該模型采用了一種稱為物質(zhì)點(diǎn)法（MPM）的技術(shù)，該技術(shù)模擬由背景網(wǎng)格包圍的連續(xù)物質(zhì)（如泡沫和液體）的粒子行為。過(guò)程中，它將機(jī)器人及其可觀察環(huán)境的粒子捕獲為像素或三維像素，稱為體素，無(wú)需任何額外計(jì)算?！?/p>

來(lái)自模擬的所有信息都由機(jī)器學(xué)習(xí)處理，機(jī)器學(xué)習(xí)創(chuàng)建一個(gè)壓縮的低維粒子網(wǎng)格表示，然后可以用作機(jī)器人的狀態(tài)表示。隨后，控制器可以使用這些參數(shù)來(lái)調(diào)整每個(gè)粒子的最佳剛度，從而優(yōu)化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。在未來(lái)，軟體機(jī)器人可以為特定任務(wù)以不同的剛度被3D打印出來(lái)。