基于拓扑优化的运动型软体机器人计算合成
计算工程、金融与科学
2024-07-26 v2
摘要
运动型软体机器人（SoRos）因其适应性而日益受到关注。传统的运动型软体机器人设计基于受生物有机体启发的肢体结构，且需要人工干预。利用进化算法（EAs）设计的进化机器人已展现出自动设计的潜力。然而，基于 EA 的方法在考虑运动中的多物理场（包括材料、驱动及与环境的交互）时面临高计算成本的挑战。在此，我们提出一种气动软体机器人的设计方法，该方法将基于梯度的拓扑优化与多物理场物质点法（MPM）仿真相结合。该方法从一个简单的初始形状（带中心空腔的立方体）出发，随后通过拓扑优化与 MPM 自动迭代地设计软体机器人形状。我们设计了两个软体机器人，一个用于行走，一个用于攀爬。这些软体机器人经 3D 打印后展现出与仿真中相同的运动特征。本研究提出了一种设计软体机器人的高效策略，表明纯数学过程亦可产生生物有机体中可见的肢体状结构。
引用
@article{arxiv.2310.10985,
title = {Computational synthesis of locomotive soft robots by topology optimization},
author = {Hiroki Kobayashi and Farzad Gholami and S. Macrae Montgomery and Masato Tanaka and Liang Yue and Changyoung Yuhn and Yuki Sato and Atsushi Kawamoto and H. Jerry Qi and Tsuyoshi Nomura},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.10985},
year = {2024}
}
备注
36 total pages (27 pages, 9 supplementary pages), 5 Figures, 9 Supplementary figures. 1 Supplementary table