DOT-Sim：精密なリアル・ツー・シム物理キャリブレーションを備えた微分可能光学触覚シミュレーション

Abstract

光学式触覚センサのシミュレーションは、その高い変形性と複雑な光学特性に起因して、大きな課題を伴います。これらの問題に対処し、物理的に正確なシミュレーションを可能にするために、我々はDOT-Sim：Differentiable Optical Tactile Simulationを提案します。変形可能なセンサの単純化モデルに依存する先行シミュレータとは異なり、DOT-Simは、Material Point Method（MPM）を用いてセンサを弾性材料としてモデル化することで、軟質センサの物理挙動を正確に捉えます。DOT-Simは、少数のデモンストレーションを数分以内に用いることで、光学式触覚センサのシミュレーションを迅速にキャリブレーションでき、既存手法と比べて大幅に高速です。現在のベースラインと比較して、我々の手法はより大きく、非線形な変形にも対応できます。光学面を扱うために、現実世界のアイドル状態に対する残差画像を学習することで光学応答をシミュレートする、新しいアプローチを提案します。いくつかのゼロショットのsim-to-realタスクを通じて、我々の手法が物理的および視覚的に現実的であることを検証します。実験の結果、DOT-Simは（1）現実においてDenseTactの光学式触覚センサの物理ダイナミクスを正確に再現し、（2）接触が多いシナリオで現実的な光学出力を生成し、（3）シミュレーションで学習した分類器を現実世界へ直接展開でき、難しい対象物で85%の分類精度、埋め込み型腫瘍タイプ検出で90%の精度を達成し、（4）シミュレーションにおけるデモンストレーションから訓練したポリシーによる精密な軌道追従を可能にし、平均誤差が0.9 mm未満であることが示されました。