物理在機(jī)器人仿真中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它為機(jī)器人在真實(shí)環(huán)境中的行為及交互提供了精準(zhǔn)的虛擬呈現(xiàn)基礎(chǔ)。借助仿真器，研究人員和工程師能夠以安全、高效且經(jīng)濟(jì)的方式訓(xùn)練、開(kāi)發(fā)、測(cè)試和驗(yàn)證機(jī)器人控制算法及原型設(shè)計(jì)。

然而，仿真往往難以完全復(fù)刻現(xiàn)實(shí)，這一問(wèn)題被稱為“仿真與現(xiàn)實(shí)的差距”(sim-to-real gap)。機(jī)器人開(kāi)發(fā)者需要一個(gè)統(tǒng)一、可擴(kuò)展且可定制的解決方案來(lái)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的物理現(xiàn)象進(jìn)行建模，其中包括對(duì)不同類型求解器的支持。

本文將介紹如何在 NVIDIA Isaac Lab 中使用 Newton 訓(xùn)練四足機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)從一個(gè)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)點(diǎn)，以及如何搭建包含工業(yè)機(jī)械臂的多物理場(chǎng)仿真環(huán)境，完成衣物折疊任務(wù)。

關(guān)于 Newton：Newton 是一款開(kāi)源、可擴(kuò)展的物理引擎，由 NVIDIA、Google DeepMind 和 Disney Research 共同開(kāi)發(fā)，由 Linux Foundation 管理，旨在推動(dòng)機(jī)器人學(xué)習(xí)與開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的發(fā)展。Newton 基于 NVIDIA Warp 和 OpenUSD 構(gòu)建，能讓機(jī)器人以更高的精度、速度和可擴(kuò)展性學(xué)習(xí)處理復(fù)雜任務(wù)。它與 MuJoCo Playground、Isaac Lab 等機(jī)器人學(xué)習(xí)框架兼容。Newton 求解器 API 為 MuJoCo Warp 等不同物理引擎提供了接口，使其能在基于張量的數(shù)據(jù)模型上運(yùn)行，從而輕松與 Isaac Lab 中的訓(xùn)練環(huán)境集成。

包含 Isaac Lab、Newton、MuJoCo 和 Warp 標(biāo)注部分的架構(gòu)圖。Newton 是一個(gè)獨(dú)立的 Python 包，提供 GPU 加速接口，用于描述機(jī)器人系統(tǒng)的物理模型和狀態(tài)

在 NVIDIA Isaac Lab 中使用 Newton 訓(xùn)練四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)策略：Isaac Lab 中全新集成了 Newton 物理引擎，為機(jī)器人研究與開(kāi)發(fā)打造了更快速、更穩(wěn)健的工作流。Newton 為機(jī)器人從仿真走向現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值提供了有力支持。

借助 Newton 獨(dú)立引擎實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)仿真：多物理場(chǎng)仿真能在單一框架中捕捉剛體(如機(jī)器人手部)與可變形物體(如布料)之間的耦合交互。這使得機(jī)器人設(shè)計(jì)、控制和任務(wù)性能的評(píng)估更貼近現(xiàn)實(shí)，同時(shí)支持基于數(shù)據(jù)的優(yōu)化。Newton 可與 Isaac Lab 配合使用，但開(kāi)發(fā)者也可在獨(dú)立模式下通過(guò) Python 直接調(diào)用它，以實(shí)驗(yàn)復(fù)雜的物理系統(tǒng)。

生態(tài)系統(tǒng)對(duì) Newton 的應(yīng)用：Newton 開(kāi)源生態(tài)系統(tǒng)正快速發(fā)展，眾多頂尖高校和企業(yè)正集成專用求解器與工作流，比如蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、光輪智能、北京大學(xué)、Style3D、慕尼黑工業(yè)大學(xué)等。從觸覺(jué)感知到布料仿真，從靈巧操作到復(fù)雜地形運(yùn)動(dòng)，這些合作案例充分表明，Newton 為推動(dòng)機(jī)器人學(xué)習(xí)發(fā)展，縮小“仿真與現(xiàn)實(shí)的差距”提供了通用基礎(chǔ)。