Инженеры научили робота вырезать скульптуру из глины

Швейцарские инженеры разработали алгоритм для роботов, который дает им возможность вырезать из глины скульптуры конкретной формы. Человек формирует стартовую модель и указывает части, с которыми нужно работать отдельно, а робот рассчитывает нужные траектории движения инструмента и выполняет их. Статья о разработке была презентована на мероприятии SCF 2020.

Обычно скульптуры формируются вручную при задействовании инструментов, которые позволяют отсекать от твердой заготовки побочные части до момента, когда от нее останется лишь правильная форма. Данный процесс можно без труда воспроизвести с помощью автоматического фрезерного станка. Тем не менее, если скульптуру необходимо создать из глины или другого мягкого материала, этот метод уже не подходит. Для некоторых мягких материалов следует использовать метод заморозки, при котором его охлаждают до твердого состояния. Но с глиной этот план на данный момент не применяется. Да и в любом случае он усложняет процесс и растягивает его по времени.

Инженеры из Disney Research и Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Стелиана Короса (Stelian Coros) разработали алгоритм, позволяющий роботам работать с глиной и вырезать из нее скульптуры заданной формы, оставляя при этом характерные для ручной работы детали. Основная часть творчества находится под контролем человека: исходную 3D-модель в электронном виде создает именно он. Также человек наносит на поверхность модели линии. Они задействуются для разделения поверхности будущей скульптуры на зоны, которыми робот занимается отдельно.

После того как алгоритм проанализировал модель и размеченные на ней зоны, он проводит первичную разметку штрихов — траекторий, вдоль которых будет нанесена петля, отсекающая лишнюю глину. Затем человек может посмотреть на расположение штрихов и внести любые изменения, например, поменяв количество штрихов в каждом секторе и зазоры на границах между зонами. Затем алгоритм приступает к главному расчету, в котором оптимизирует траектории движения петли по глиняной заготовке. И делает это так, чтобы минимизировать разницу между изначальной 3D-моделью и реальной скульптурой. Стоит отметить, что расчеты происходят отдельно для каждой зоны.

Во время тестов системы инженеры задействовали роботизированный манипулятор, на конце которого была прикреплена П-образная петля из проволоки толщиной в миллиметр. Размеры петли составляют сантиметр по ширине и три сантиметра по высоте. Инженеры протестировали алгоритм на четырех разных моделях: торсе, глазу, лице и ленте Мебиуса. На представленных фотографиях видно, что в целом робот хорошо передает изначальную форму, если учитывать, что он использует довольно широкий инструмент. При этом, несмотря на существенную ширину петли, робот справился даже с мелкими деталями, такими как глаза. Также на одной из иллюстраций можно наблюдать, как на конечный результат влияет расположение зон и направление срезов.