物理 AI 模型使機(jī)器人能夠自主感知、解釋、推理現(xiàn)實(shí)世界并與之交互。加速計(jì)算和仿真是開發(fā)新一代機(jī)器人的關(guān)鍵。

物理學(xué)在機(jī)器人仿真中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，為在真實(shí)環(huán)境中準(zhǔn)確虛擬呈現(xiàn)機(jī)器人行為和交互奠定了基礎(chǔ)。借助這些仿真器，研究人員和工程師可以安全、加速且經(jīng)濟(jì)高效地訓(xùn)練、開發(fā)、測(cè)試和驗(yàn)證機(jī)器人控制算法和原型設(shè)計(jì)。

機(jī)器人仿真建立在基本的物理定律之上，包括質(zhì)量和動(dòng)量守恒、剛體和軟體動(dòng)力學(xué)、接觸和摩擦以及執(zhí)行器建模。這些原則用于預(yù)測(cè)機(jī)器人在各種場(chǎng)景和環(huán)境中的行為方式，例如在使用 GPU、DPU 或其他硬件加速器時(shí)的響應(yīng)。

然而，仿真往往無法完全匹配現(xiàn)實(shí)，這一問題被稱為“仿真與現(xiàn)實(shí)(sim-to-real)的差距”。機(jī)器人開發(fā)者需要一個(gè)統(tǒng)一、可擴(kuò)展且可定制的解決方案，既能模擬現(xiàn)實(shí)世界的物理特性，又能處理復(fù)雜行為(包括與自定義求解器的交互)，并支持高可靠性等功能。

關(guān)于 Newton

Newton 是由 NVIDIA、Google DeepMind 和 Disney Research 共同開發(fā)的一款開源、可擴(kuò)展的物理引擎，旨在推動(dòng)機(jī)器人學(xué)習(xí)和開發(fā)。

Newton 基于 NVIDIA Warp 構(gòu)建，使機(jī)器人能夠以更高的精度學(xué)習(xí)處理復(fù)雜任務(wù)。Newton 與 MuJoCo Playground 或 NVIDIA Isaac Lab(用于機(jī)器人學(xué)習(xí)的開源統(tǒng)一框架)等學(xué)習(xí)框架兼容。

Newton 的關(guān)鍵特點(diǎn)包括：

開源

Newton 是開源的，為整個(gè)機(jī)器人社區(qū)提供了強(qiáng)大的支持。這使得機(jī)器人專家能夠自由地使用和分發(fā)該框架，并為其發(fā)展貢獻(xiàn)前沿研究成果。

NVIDIA 加速

Newton 基于NVIDIA Warp 構(gòu)建，這是一個(gè) NVIDIA CUDA-X 加速庫，使開發(fā)者能夠輕松編寫 GPU 加速、基于內(nèi)核的程序，用于仿真 AI、機(jī)器人和機(jī)器學(xué)習(xí) (ML)。利用 NVIDIA GPU 的并行處理能力，提供了一個(gè)高性能、靈活的框架，用于構(gòu)建和運(yùn)行基于物理的仿真。

由 MuJoCo-Warp 提供支持

這一計(jì)劃的一個(gè)關(guān)鍵方面是與 MuJoCo(Multi-Joint dynamics with Contact)的兼容性。MuJoCo 是一個(gè)廣泛用于機(jī)器人研究和開發(fā)的開源物理引擎，特別是在涉及復(fù)雜動(dòng)力學(xué)和接觸豐富的環(huán)境中。開發(fā)人員可以利用現(xiàn)有的模型和代碼，節(jié)省時(shí)間和資源，以適應(yīng)不同的物理引擎。

Google DeepMind 首次推出了由 Warp 加速的開源機(jī)器人仿真器 MuJoCo-Warp。它使開發(fā)人員能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的性能提升，人形機(jī)器人仿真的實(shí)現(xiàn) 70 倍以上的提速，手動(dòng)操作任務(wù)實(shí)現(xiàn) 100 倍的提速。Mujoco-Warp 將作為 Newton 中的關(guān)鍵物理引擎，并通過 MuJoCo-Warp 提供。

可微物理

通過仿真?zhèn)鞑ヌ荻鹊哪芰Γ瑸闄C(jī)器人仿真和學(xué)習(xí)開辟了新的可能性。可微仿真器可以生成前向模式的結(jié)果，并計(jì)算仿真結(jié)果的反向模式梯度，用于反向傳播以優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。

可擴(kuò)展

隨著現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)范圍的擴(kuò)大，仿真場(chǎng)景也隨之增加。Newton 具有高度可擴(kuò)展性，能夠?qū)崿F(xiàn)豐富的多物理場(chǎng)仿真，使機(jī)器人通過自定義求解器、積分器和數(shù)值方法與食品、布料以及其他可變形物體進(jìn)行互動(dòng)。

Newton 還支持將不同類型的求解器相結(jié)合，例如，Material Point Method (MPM)求解器與沙子與剛體動(dòng)力學(xué)相結(jié)合。

基于 OpenUSD 構(gòu)建

Newton 使用 OpenUSD 框架。OpenUSD 靈活的數(shù)據(jù)模型和合成引擎聚合了用于描述機(jī)器人及其周圍環(huán)境所需的數(shù)據(jù)，而自定義求解器和其他運(yùn)行時(shí)可以針對(duì)特定的機(jī)器人能力和環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化。

Disney Research 將率先使用 Newton 推動(dòng)其機(jī)器人角色平臺(tái)發(fā)展，為下一代娛樂機(jī)器人提供支持。比如 GTC 主題演講中和黃仁勛一起登臺(tái)、以星球大戰(zhàn)為靈感設(shè)計(jì)的富有表現(xiàn)力的 BDX 機(jī)器人，就是該平臺(tái)的成果。

Walt Disney 想象工程研發(fā)部門高級(jí)副總裁 Kyle Laughlin 表示：“BDX 機(jī)器人只是一個(gè)開始。我們致力于以前所未有的方式，為更多角色賦予生命，而與 Disney Research、NVIDIA 和 Google DeepMind 的合作是實(shí)現(xiàn)這一愿景的關(guān)鍵?！?/p>

“此次合作將使我們能夠創(chuàng)造出比以往更具表現(xiàn)力、更具吸引力的新一代機(jī)器人角色，并以迪士尼獨(dú)有的方式與我們的游客建立聯(lián)系?！?/p>

除了 Newton 之外，Disney Research、Google DeepMind、Intrinsic 和 NVIDIA 正在合作定義用于機(jī)器人的 OpenUSD 資產(chǎn)結(jié)構(gòu)。這種新的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)管線使用 OpenUSD 內(nèi)的最佳實(shí)踐來統(tǒng)一機(jī)器人工作流，并為所有數(shù)據(jù)源提供通用語言。

敬請(qǐng)關(guān)注

Newton 將為推動(dòng)下一代人形機(jī)器人的發(fā)展鋪平道路。這項(xiàng)工作的開發(fā)工作正在進(jìn)行中，并計(jì)劃在今年晚些時(shí)候推出第一個(gè)版本。

了解 Newton 背后技術(shù)的更多信息：

NVIDIA Warp 是一個(gè)用于在 Python 中構(gòu)建和加速數(shù)據(jù)生成以及空間計(jì)算的開發(fā)框架。

NVIDIA Isaac Lab 基于 NVIDIA Isaac Sim 開發(fā)，是一個(gè)用于機(jī)器人學(xué)習(xí)的開源統(tǒng)一框架，旨在幫助訓(xùn)練機(jī)器人策略。