가상 솔저 연구 프로그램

Virtual Soldier Research Program

Virtual Solder Research 프로그램(VSR)은 아이오와 대학 컴퓨터 지원 디자인 센터(CCAD) 내의 연구 그룹입니다.VSR은 2003년 카림 압델 말렉 교수가 미군 전차자동차사령부(TACOM)의 외부 자금 지원을 받아 창설되었습니다.Abdel-Malek 교수의 로봇공학 배경과 엄격한 수학 공식 사용은 디지털 인간 모델링(DHM)[2][3][4][5][6][7] 분야에 수학적 운동학을 처음 도입한 것이다. 2003년 이전에는 모든 DHM 모델은 단순한 마네킹의 자세를 가능하게 하기 위해 룩업 테이블을 사용하는 실험 데이터에 기초했다.사실, DHM 컨퍼런스에서 제시된 첫 버전은 인체모션과 함께 수행될 수 있도록 하기 때문에, 제1차(8)에 따라 수행될 수 있었다.을 하다.ly. 최적화 [9][10][8]공식 내에서 움직임을 유도하기 위해 인간 성과 척도를 나타내는 비용 함수를 사용했다.예를 들어 착석 자세 예측은 단순히 좌석 [11]형상을 제공함으로써 이루어졌다.자세 예측 방법론은 이후에[12][13][14] 검증되었다. 나중에 Predictive Dynamics 방법이 만들어졌고 3D 운동 법칙(운동의 [15]법칙)을 추가하여 동일한 최적화 기술을 사용했다.산토스 시스템은 생리 모델링,[16] 열, 손 모델,[17] 그립 예측,[18][19] 안정성,[20][15] 이동성, 적합성, 생존성, 유지보수성, 훈련 및 [21]Warfighter의 [22]인간 성능 평가에 일반적으로 사용되는 기타 많은 메트릭의 많은 측면을 포함한다.

이 초기 연구와 자금을 기반으로 VSR 프로그램은 디지털 인체 모델링 및 시뮬레이션, 특히 군사, 자동차, 제조, 육상, 부상 예측 애플리케이션을 위한 새로운 기술을 지속적으로 개발하고 있습니다. Santos 시뮬레이션 플랫폼은 6천만 달러 이상의 자금 지원을 통해 다음과 같은 두 가지 핵심 구성요소를 제공합니다.①[23] 물리 기반 및 (2) 동작을 예측하는 [24]등 다른 모든 DHM 시스템과 차별화됩니다.

VSR의 디지털 휴먼 모델 Santos(R)는 디지털 휴먼 모델링 및 시뮬레이션 연구의 [25]중심에 있습니다.고충실도 생체역학 및 생체섬유 정밀 근골격 모델에는 손,[26] 발, 눈을 포함한 215도의 자유도가 포함되어 있습니다.골격의 치수는 가변이며, 인체측정학적 단면을 나타낼 수 있다.또한 Santos는 새로운 최적화 기반 [27][28][29]방법론을 사용하여 근육 활성화와 근육 힘을 실시간으로 예측할 수 있는 근육 시스템을 포함합니다.가상병사 연구 프로그램에 의해 8년에 걸쳐 개발된 이 방법은 Predictive Dynamics라고 불리며 책과[30] 다수의 논문에 [31][32][33][34][35][36][6][37][38][39]의해 출판되었다.또한 운동을 해결하기 위해 사용된 구배 기반 방법론도 인공지능 뉴럴 네트워크 [40][41]방법으로 대체되었다.

산토스 골격의 수학적 모델은 운동학적 동적 분석을 [42]위해 Denavit-Hartenberg 방법을 기반으로 개발되었습니다.최적화는 다양한 인간 성과 측정(객관적 기능)에 의해 지배되고 골격, 물리 법칙 및 환경에 의해 부과되는 제약에 의해 구속되는 자세와 동작을 결정하기 위해 사용됩니다.Santos 시뮬레이션 플랫폼은 미군, 산업(예: 자동차 산업)[43] 및 학계에서 사용되고 있습니다.Virtual Solder Research 팀은 ONR(Office of Naval Research)의 자금 지원을 받는 ETOWL(Enhanced Technologies for the Optimization of Warfighter Load)이라는 산토스 환경의 제품을 미국 [44]해병대로 이전했습니다.이 제품은 나중에 GruntSim으로 [45]이름이 변경되었습니다.이러한 인간 모델링 및 시뮬레이션 환경은 현재 많은 애플리케이션에서 [49][50]인간[46][47] 요소 및 인체[48] 공학을 연구하는 데 사용되고 있습니다.이 모델에는 예측 역학뿐만 아니라 제로 모멘트 [51]포인트라고 불리는 안정성 기준도 포함되어 있습니다.예를 들어 설계 단계에서 조립 문제를 평가하고 보행 예측을 위해 산토스 디지털 인간 모델을 사용하는 것이 입증되었다[52].[53]예를 들어,[54] 가상 인간에게는 훨씬 더 예측하기 어려운 달리기가 [55]이루어졌습니다.

Santos 시뮬레이션 플랫폼은 처음부터 개발되었습니다.수치 알고리즘은 215 DOF를 사용하고 비용 함수가 동작을 구동할 수 있도록 하는 최적화 기반 방법의 사용에 기초하여 동작을 구동하여 시간 경과에 따른 공동 변수(공동 프로파일이라고도 함)를 예측하고 여러 제약 조건을 따릅니다.예를 들어, 이제 모든 체형의 걸음걸이를 예측할 [56]수 있다.마찬가지로, 이 [57][58]접근방식을 사용하여 모든 작업을 모델링하고 시뮬레이션할 수 있습니다.샹, 유장, 자스비르 S.아로라, 그리고 카림 압델 말렉."하이브리드 예측 역학: 인간의 움직임을 시뮬레이션하는 새로운 접근법입니다."Multibody System Dynamics 28.3 (2012): 199-224.[59]

산토스 시스템은 또한 다양한 활동, 특히 육상, 군사, 제조 및 [60]기타 분야의 근골격계 손상을 예측하는 데 사용되었다.

VSR의 연구는 특히 제품 개발에 주력하는 민간 기업 Santos Human Inc.[61]의 분사로 이어졌습니다.

Santos™가 누구입니까?

Santos는 아이오와 대학에서 디지털 인간 모델링 및 시뮬레이션 연구의 중심에 서 있으며 미 육군과 미 해병대에서도 사용되고 있는 유일한 물리[62][63] 기반 가상 인간입니다.이 고충실성, 생체섬유, 생체역학 및 생리적으로 정확한 근골격계 모델은 대규모 다학제 팀에 의해 내부로부터 외부로 개발되었으며 손, 발, 눈을 포함한 215도의 자유도를 통합한다.골격의 치수는 가변이며, 인체측정학적 단면을 나타낼 수 있다.또한 Santos는 새로운 최적화 기반 방법론을 사용하여 근육 활성화와 근육 힘을 실시간으로 예측할 수 있는 근육 시스템을 포함합니다.Santos 시스템은 많은 [64]응용 프로그램에서 사용되어 왔습니다.

시간이 지남에 따라 Santos 가족은 여성 버전인 Sophia와 다양한 체형, 유형 및 [65]크기를 포함한 다양한 모델을 제공하기 위해 다양한 바디 스캔을 통합하게 되었습니다.우리의 연구는 현재 여러 디지털 인간 모델이 상호 작용하여 작업을 공동으로 완료할 수 있도록 확장되고 있습니다.

Santos는 로봇 공학, 할리우드 및 게임 산업에서 [66]채택된 최첨단 기술을 사용하여 구축되었습니다.VSR 연구는 인공지능, 설계 최적화, 물리 기반 모델링 및 고급 다단계 생리 모델의 [16]통합을 통해 동적 기능, 생리학 및 지능형 행동 분야에서 지속적으로 성장하고 있습니다.

산토스 골격의 수학적 모델은 운동학적 동적 분석을 위해 Denavit-Hartenberg 방법을 기반으로 개발되었습니다.최적화는 다양한 인간 성과 측정(객관적 기능)에 의해 지배되고 골격, 물리 법칙 및 환경에 의해 부과되는 제약에 의해 구속되는 자세와 동작을 결정하기 위해 사용됩니다.소프트웨어는 실시간 시뮬레이션을 제공하기 위해 가능한 한 빠르고 효율적이어야 합니다.

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