ソフトロボット操作のための物理情報シミュレーションモデル学習:誘電体エラストマーアクチュエータの事例研究
Learning physics-informed simulation models for soft robotic manipulation: A case study with dielectric elastomer actuators
材料特性のニューラルネットワークと解析的動力学を組み合わせた微分可能モデルをFEMデータから学習し、DEAによるコイン引きタスクのシミュレーション・制御・推論で有効性を示した。
著者: Manu Lahariya, Craig Innes, Chris Develder, Subramanian Ramamoorthy
分類: cs.RO, cs.AI
原文アブストラクト
Soft actuators offer a safe, adaptable approach to tasks like gentle grasping and dexterous manipulation. Creating accurate models to control such systems however is challenging due to the complex physics of deformable materials. Accurate Finite Element Method (FEM) models incur prohibitive computational complexity for closed-loop use. Using a differentiable simulator is an attractive alternative, but their applicability to soft actuators and deformable materials remains underexplored. This paper presents a framework that combines the advantages of both. We learn a differentiable model consisting of a material properties neural network and an analytical dynamics model of the remainder of the manipulation task. This physics-informed model is trained using data generated from FEM, and can be used for closed-loop control and inference. We evaluate our framework on a dielectric elastomer actuator (DEA) coin-pulling task. We simulate the task of using DEA to pull a coin along a surface with frictional contact, using FEM, and evaluate the physics-informed model for simulation, control, and inference. Our model attains < 5% simulation error compared to FEM, and we use it as the basis for an MPC controller that requires fewer iterations to converge than model-free actor-critic, PD, and heuristic policies.
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