Systems whose movement is highly dissipative provide an opportunity to both identify models easily and quickly optimize motions. Geometric mechanics provides means for reduction of the dynamics by environmental homogeneity, while the dissipative nature minimizes the role of second order (inertial) features in the dynamics. Here we extend the tools of geometric system identification to ``Shape-Underactuated Dissipative Systems (SUDS)'' -- systems whose motions are more dissipative than inertial, but whose actuation is restricted to a subset of the body shape coordinates. Many animal motions are SUDS, including micro-swimmers such as nematodes and flagellated bacteria, and granular locomotors such as snakes and lizards. Many soft robots are also SUDS, particularly those robots using highly damped series elastic actuators. Whether involved in locomotion or manipulation, these robots are often used to interface less rigidly with the environment. We motivate the use of SUDS models, and validate their ability to predict motion of a variety of simulated viscous swimming platforms. For a large class of SUDS, we show how the shape velocity actuation inputs can be directly converted into torque inputs suggesting that systems with soft pneumatic actuators or dielectric elastomers can be modeled with the tools presented. Based on fundamental assumptions in the physics, we show how our model complexity scales linearly with the number of passive shape coordinates. This offers a large reduction on the number of trials needed to identify the system model from experimental data, and may reduce overfitting. The sample efficiency of our method suggests its use in modeling, control, and optimization in robotics, and as a tool for the study of organismal motion in friction dominated regimes.


翻译:其运动高度分散的系统提供了一个机会, 既可以很容易地识别模型, 也可以快速优化运动。 几何力学提供了通过环境同质性减少动态的手段, 而消散性自然则将第二顺序( 内皮) 特性在动态中的作用最小化。 这里我们将几何系统识别工具扩展至“ Shape- IDeactualed Dispitive Systems (SUDS) ” -- 这些系统的运动比惯性更具有消散性, 但其作用仅限于身体形状坐标的一个子子。 许多动物运动是 SUDS, 包括线虫体和挂动细菌等微缩闪烁, 以及蛇和蜥蜴等颗粒体形显形的液晶体运动。 许多软体机器人也是SUDS, 尤其是那些使用高度断面序列变动的机器人。 这些机器人通常用来与环境进行不那么僵硬的接口。 我们鼓励使用SUDS模型模型模型, 并验证它们预测模型化的变形变形变形变形变形变形变形变形系统的能力, 和变形变形变形变形变形的SUDIDS 动作显示一个大的系统 动作, 动作可以显示其变形变形系统如何演变形变形变变形系统, 显示一个大式的变形系统, 变形变形变形变变变变变形系统, 显示一个变形变形系统, 变形变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变的系统 。

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