Las plataformas robóticas marinas admiten diversas aplicaciones, incluida la exploración marina, la inspección de infraestructura submarina y el monitoreo del medio ambiente oceánico. Si bien los sistemas de percepción confiables permiten a los robots sentir su entorno, detectar objetos y navegar por terrenos subacuáticos complejos de forma independiente, el desarrollo de estos sistemas presenta dificultades únicas en comparación con sus contrapartes terrestres. La recopilación de datos submarinos del mundo real requiere hardware complejo, configuraciones experimentales controladas y trabajo de campo extenso, lo que hace que el proceso sea intensivo en los recursos. Además, las pruebas del mundo real pueden ser poco prácticas, peligrosas y costosas. Las plataformas de simulación submarina se han convertido en una alternativa prometedora, que proporciona a los investigadores e ingenieros entornos controlados, repetibles y escalables.
Los intentos existentes para abordar los desafíos de percepción submarina se han centrado en desarrollar simuladores de alto rendimiento, ya que las pruebas del mundo real siguen siendo difíciles y intensivos en recursos. Los primeros simuladores submarinos construidos en ROS Gazebo ofrecían simulación hidrodinámica, pero carecían de representación visual de alta fidelidad. Los simuladores más recientes con motor de juego como Holoocean y UNAV-SIM usaron un motor Unreal para mejorar la calidad de renderizado. NVIDIA ISAAC SIM surgió como una alternativa de alto rendimiento con simulación robótica acelerada por GPU, representación fotorrealista basada en la física e integración perfecta con Nvidia Omniverse y OpenUsd Ecosystems. Marinegym extendió Isaac SIM a aplicaciones submarinas, pero se centró en las tareas de control de robots sin proporcionar implementación de código abierto.
Investigadores de la Universidad de Michigan han propuesto OceanSim, un simulador submarino de alto rendimiento acelerado por la tecnología de computación paralela NVIDIA. Construido sobre Nvidia Isaac SIM, OceanSim aprovecha la alta fidelidad, la representación basada en la física y el trazado de rayos en tiempo real acelerado por GPU para crear entornos submarinos realistas. Haga que la simulación submarina con el ecosistema omniverso NVIDIA en rápida expansión, lo que permite la aplicación de múltiples activos existentes listos para SIM y enfoques de aprendizaje de robots dentro de la investigación de robótica submarina. Además, OceanSim permite al usuario operar el robot, visualizar los datos del sensor y registrar los datos simultáneamente durante la generación de datos simulados acelerado por GPU.
OceanSim utiliza el poderoso ecosistema de NVIDIA, que proporciona el trazado de rayos acelerado por GPU en tiempo real, al tiempo que permite a los usuarios personalizar entornos submarinos y configuraciones de sensores robóticos. Oceansim implementa modelos especializados de sensores submarinos para complementar las capacidades incorporadas de Isaac Sim. Estos incluyen un modelo de formación de imágenes que captura los efectos de la columna de agua en varios tipos de agua, un modelo de sonar basado en GPU con simulación de ruido realista para una representación más rápida y un modelo de registro de velocidad Doppler (DVL) que simula la frecuencia adaptativa dependiente del rango y los comportamientos de abandono. Para la sonda de imagen, Oceansim utiliza replicador omniverso para la generación rápida de datos sintéticos, estableciendo una visión virtual de visión que recupera la información de geometría de escenas a través del trazado de rayos acelerado de GPU
Utilizando el lanzamiento oficial de V1.0 de Holoocean y una reproducción de los efectos de renderizado de UNAV-SIM (UNAV-SIM*), los investigadores evaluaron la calidad de las imágenes submarinas al ajustar los parámetros manualmente para que coincidan con imágenes submarinas reales. Los resultados muestran que Oceansim logra constantemente el mejor o segundo error angular RGB en todos los casos de prueba, validando la precisión de su tubería de representación de imagen submarina. Para el rendimiento del sonar, Oceansim supera a Holoocean en la velocidad de representación. Si bien Holoocean requiere construir un caché parcial de Octree en el primer inicio de nuevas escenas, agregando un tiempo aéreo considerable, Oceansim aprovecha el trazado de rayos basado en GPU para lograr la representación de sonar en tiempo real sin requerir un tiempo adicional de construcción de caché.
En conclusión, los investigadores introdujeron Oceansim, un marco de simulación submarina de alto rendimiento. Sus flujos de trabajo 3D altamente flexibles proporcionan ventajas significativas, y los investigadores planean liberar a OceanSim con documentación integral para apoyar a la comunidad de investigación de robótica marina. A pesar de estos logros, OceanSim tiene limitaciones. Como simulador orientado a la percepción, actualmente carece de modelado preciso de la dinámica del vehículo submarino y la dinámica de fluidos. La versión beta se dirige principalmente a los desarrolladores, que requieren codificación para nuevos escenarios de simulación en lugar de ofrecer una interfaz gráfica fácil de usar. OceanSim carece de implementación de módems de comunicación óptica y acústica para la simulación de escenarios cooperativos de múltiples agentes.
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Sajjad Ansari es un pregrado de último año de IIT Kharagpur. Como entusiasta de la tecnología, profundiza en las aplicaciones prácticas de la IA con un enfoque en comprender el impacto de las tecnologías de IA y sus implicaciones del mundo real. Su objetivo es articular conceptos complejos de IA de manera clara y accesible.
