不容忽视的机器人模拟技术

近年来，关于AI赋能机器人的案例层出不穷，不过同样值得注意的是，随着数据量呈现几何式增长，因此给机器人模拟技术也带来了不小的挑战。

英伟达于2018年正式推出了机器人平台Isaac，该平台就包括了一套完整的机器人模拟器Isaac SIM，可以在各种不同的逼真环境中构建和测试虚拟机器人。通过Isaac Sim，机器人专家可以构建验证机器人物理设计的逼真环境，并充分训练机器人的软件堆栈以确保性能。另外，在模拟过程中可以建立合成数据集并使用它们训练机器人感知系统中的AI模型。研究者可以利用强化学习来训练机器人控制堆栈中的模型。

此后每年，Isaac SIM都在不断完善，以扩充对机器人模拟技术的支持。近日，NVIDIA在CES 2023上宣布了Isaac SIM的多项重要更新。

其中包括提高了制造和物流机器人等特殊用例的性能和功能。现在支持将人添加到模拟环境中。更多的资产和流行的机器人被预先集成，以减少模拟前的时间。

同时，对于ROS开发者，增加了对ROS2 Humble和Windows的支持。对于机器人研究人员来说，新版本有大量的新功能，旨在推进强化学习、协作式机器人编程和机器人学习。

正是英伟达在Isaac平台上的不断扩展，使其在几年间迅速改写了机器人行业，从AMR到传感器，Isaac的生态系统合作伙伴已经遍布各个工业细分领域。

集成更多的场景优化

为了加速机器人的模拟过程，英伟达新增了众多机器人场景的支持，以便加速机器人的开发进程，此次更新包括仓储物流、制造业以及车队等多个热门场景。

仓库物流：仓库物流是最重要的机器人创新领域之一。Isaac Sim中的几个工具可以满足模拟仓库机器人的需求。之前的版本包含了一个仓库建造工具。现在，Isaac Sim包括一个构建真实的传送带工具。还有一个人员模拟器可以将数字人添加到仓库环境中。这将有助于验证在人类附近工作的机器人的感知和安全系统。

制造业：长期以来，制造环境一直采用机械手机器人实现流程的自动化。2022.2版本在处理机械手机器人的运动控制方面有许多新功能。Isaac Sim中更新的运动生成扩展程序简化了运动控制算法在模拟中的集成和基准测试。所包括的算法RMPFlow，为机器人创建平滑的轨迹，具有智能防撞功能。除了提高性能外，此版本还提供了许多可用性改进，包括Lula机器人描述文件的图形编辑器。

车队优化：推出Isaac Sim的cuOpt扩展，这是直接与Isaac Sim集成的NVIDIA cuOpt引擎的部署。NVIDIA cuOpt是一个运营研究优化API，可帮助开发人员创建复杂的实时车队路线。这些API可用于解决具有多个约束的复杂路由问题，并提供新功能，如动态重新路由、作业调度和机器人路径规划，同时利用亚秒级解算器响应时间。

其他重要升级

作为年度重要更新，Isaac SIM还发布了多项其他更新。其中包括：

ROS支持升级：对ROS的支持已升级到支持ROS 2 Humble，并且可以在这个版本中轻松模拟和测试同样基于Humble版本的Isaac ROS。在Windows机器上也增加了对ROS 2的支持。

研究工具：为机器人研究人员设计的重要新功能包括Isaac Gym（强化学习）的性能改进。用于协作机器人编程的Isaac Cortex有了新的例子。最后，一个新的开源工具Isaac ORBIT为机器人学习和运动规划提供了模拟操作环境和基准。

传感器支持：凭借NVIDIA RTX技术，Isaac Sim现在可以实时渲染来自传感器的符合物理学的数据。在使用RTX模拟激光雷达时，光线追踪可以在各种照明条件下或者在对反射材料做出反应时提供更加准确的传感器数据。

生态系统不断扩大

随着Isaac在各领域的深入，如今已有超过一百万开发者以及一千家企业在使用NVIDIA Isaac机器人平台，涵盖了从物流、制造到零售、能源、可持续农业等多个行业，NVIDIA也于日前公布了诸多合作案例。

Telexistence在日本的300家便利店中部署了饮料补货机器人；为了提高安全性，德国联邦铁路正在训练AI模型，以处理至关重要但在现实世界中很少发生的意外极端事件，比如行李掉在火车轨道上；Sarcos Robotics正在开发在可再生能源装置中挑选和放置太阳能电池板的机器人。

Festo使用Isaac Cortex简化协作机器人的编程并将模拟技能转移到物理机器人上；Fraunhofer正在使用Isaac Sim符合物理学的全保真可视化功能开发先进的AMR；Flexiv正在使用Isaac Replicator生成用于训练AI模型的合成数据。

虽然训练机器人很重要，而模拟在培训人类操作员与机器人协同工作和为机器人编程方面也发挥着关键的作用。Ready Robotics正在使用Isaac Sim教授工业机器人的编程；Universal Robotics正在使用Isaac Sim培养工作队伍，在云端训练终端操作员。

总结

五年间，机器人在自动化、智能化以及解决人力不足等能力上，获得了市场的普遍认可。根据ABI Research的数据，工业和商业机器人的装机量将从2020年的310万台增长到2030年的2000万台，增幅超过6.4倍。

为了开发、验证和部署这些新的AI机器人，企业需要使用模拟技术将这些机器人放到真实的场景中。而Isaac SIM将通过一次次的创新，从而助力机器人模拟技术不断向前发展。