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Accelerating Differentiable Robot Dynamics Simulation for Advanced Control

Descripción del proyecto

Mejora de la simulación dinámica de robots diferenciables para métodos de control pioneros

La simulación diferenciable de la dinámica de los robots es vital para métodos de control avanzados como el control predictivo de modelos y el aprendizaje por refuerzo. Por desgracia, muchos de los simuladores existentes son ineficaces debido a algoritmos complejos que los hacen más lentos que alternativas como Pinocho. Con el apoyo de las acciones Marie Skłodowska-Curie, el proyecto ExTRAORDiNary pretende mejorar la simulación diferenciable mediante algoritmos de dinámica de contacto de baja complejidad, patrones de «software» eficientes de Pinocho y técnicas de generación de código. El proyecto abordará los retos del contacto por fricción sin comprometer la física y se integrará con la biblioteca de código abierto Pinocchio. Mejorará la usabilidad del control predictivo de modelos, el aprendizaje por refuerzo y la identificación física, lo que permitirá controlar más rápidamente todo el cuerpo y mejorar el entrenamiento en aprendizaje por refuerzo, con beneficios a largo plazo para la biomecánica y la infografía.

Objetivo

Differentiable robot dynamics simulation is a crucial enabler of advanced robot control. It is at the heart of both model predictive control (MPC) and learning-based approaches (e.g. reinforcement learning [RL]), which are among the most successful and actively researched robot control algorithms. Increased usage of the computationally demanding MPC/RL controllers has led to a growing need for efficient dynamics simulators. However, existing simulators internally use inefficient high-complexity (worst-case cubic) constrained dynamics algorithms (CDA) and are often inefficiently implemented leading to a slowdown of several factors compared to a fast simulator like Pinocchio.

Addressing these concerns, we will accelerate the differentiable simulation through three complementary strategies. We will 1) leverage low-complexity CDAs, 2) use Pinocchio's proven efficient software design patterns and explore further acceleration via code generation computations, and 3) derive efficient algorithms for differentiating through contact simulation.

Furthermore, our simulator will solve the nonlinear complementarity problem of frictional contact without making physics-compromising relaxations like existing simulators and will be publicly available as part of the widely used open-source Pinocchio library. By adding key enhancements to Pinocchio, we will make it a viable alternative to the inefficient, but feature-rich software simulators. The visibility, impact and usability of our simulator will be enhanced by addressing some low-hanging fruits in MPC, RL and physics identification applications.

This project’s contributions will not only pave the way towards fast whole-body controllers and faster and more sustainable RL training (important a time surge of RL research activity), but will also impact adjacent fields like bio-mechanics and computer graphics in the long term

Ámbito científico (EuroSciVoc)

Palabras clave

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Coordinador

INSTITUT NATIONAL DE RECHERCHE EN INFORMATIQUE ET AUTOMATIQUE
Aportación neta de la UEn
€ 226 420,56
Dirección
DOMAINE DE VOLUCEAU ROCQUENCOURT
78153 Le Chesnay Cedex
Francia
Región
Ile-de-France Ile-de-France Yvelines
Tipo de actividad
Research Organisations
Enlaces
Coste total
Sin datos

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