Робота научили вырезать скульптуры из глины

Швейцарские инженеры создали алгоритм для роботов, позволяющим им вырезать из глины скульптуры заданной формы. Пользователь создает изначальную модель и указывает части, с которыми нужно работать отдельно, а робот рассчитывает оптимальные траектории движения инструмента и выполняет их. Статья о разработке была представлена на конференции SCF 2020 и доступна на сайте Disney Research.

Традиционно скульптуры создаются вручную при помощи инструментов, которые позволяют отсекать от твердой заготовки лишние части до момента, когда от нее останется лишь задуманная форма. Этот процесс легко воспроизвести с помощью автоматического фрезерного станка. Но если скульптуру необходимо выполнить из глины или другого мягкого материала, этот метод не подходит. Для некоторых мягких материалов можно использовать метод замораживания, при котором его охлаждают до твердого состояния, но с глиной этот метод пока не применяется, 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) создали алгоритм, позволяющий роботам работать с глиной и вырезать из нее скульптуры заданной формы, оставляя при этом характерные для ручной работы штрихи. Основная часть творчества остается за человеком: исходную 3D-модель в электронном виде создает он. Также человек размечает на поверхности модели линии. Они используются для разделения поверхности будущей скульптуры на зоны, которыми робот занимается отдельно.

После того как алгоритм получил модель и размеченные на ней зоны, он проводит первичную разметку штрихов — траекторий, вдоль которых будет идти петля, отсекающая лишнюю глину. Затем пользователь может посмотреть на схему штрихов и внести изменения, например, поменяв количество штрихов в каждой зоне и зазоры на границах между зонами. После правок алгоритм приступает к основному расчету, в котором оптимизирует траектории движения петли по глиняной заготовки таким образом, чтобы минимизировать разницу между изначальной 3D-моделью и реальной скульптурой. Расчеты, опять-таки, происходят отдельно для каждой зоны.

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

Ранее в этом году группа инженеров под руководством Стелиана Короса создала другого робота-скульптора. Он работает с более простым материалом — пенополистиролом.