10 Jahre Training in einer Stunde absolvieren - Dank Genesis Physiksimulator wird die Matrix-Vision zur wirklichkeit für Roboter

Genesis wurde von einer Gruppe von 19 Universitäten und Unternehmen entwickelt, darunter renommierte Institutionen wie das MIT, das Imperial College London, die Universität Peking sowie die Technologieunternehmen Nvidia und das MIT-IBM Watson AI Lab. Der Simulator ermöglicht es, Roboter in virtuellen Umgebungen zu trainieren und dabei Geschwindigkeiten zu erzielen, die in der realen Welt unerreichbar wären. Laut den Entwicklern können Roboter in Genesis bis zu 430.000-mal schneller lernen als mit herkömmlichen Methoden.

Diese enorme Beschleunigung wird durch mehrere innovative Funktionen ermöglicht. Eine davon ist die Möglichkeit, 3D-Umgebungen mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) und Text-Prompts zu erstellen. Forscher und Entwickler können somit komplexe Szenarien, wie Fabrikhallen, Wohnungen oder städtische Umgebungen, einfach und schnell generieren, indem sie dem System textbasierte Anweisungen geben. Die zugrunde liegende Physik-Engine von Genesis wurde von Grund auf neu entwickelt und ist in der Lage, eine breite Palette von Materialien und physikalischen Phänomenen zu simulieren, von der Kollision von Objekten bis hin zur Interaktion von Flüssigkeiten und Gasen.

Ein weiterer Vorteil von Genesis ist die hohe Geschwindigkeit, die ohne den Einsatz von Supercomputern erreicht werden kann. Auf einer handelsüblichen Nvidia GeForce RTX 4090 Grafikkarte sind bei bestimmten Simulationen bis zu 43 Millionen Bilder pro Sekunde (FPS) möglich. Dies wird durch eine Kombination aus effizientem Code und der Cross-Platform-Kompatibilität des Simulators ermöglicht. Der Physik-Simulator arbeitet mit Nvidia- und AMD-Grafikkarten, herkömmlichen CPUs und Apple Metall, was ihn für eine breite Palette von Nutzern zugänglich macht. Eine Stunde Berechnungszeit im Simulator entspricht so bis zu zehn Jahren Training in der realen Welt, was die Entwicklungszyklen von Robotern drastisch verkürzen kann. 

Das Projekt ist Open-Source und wurde unter der Apache License Version 2.0 veröffentlicht. Damit gibt es Entwicklern große Freiheiten bei der Nutzung und Modifikation des Codes. Der Quellcode und weitere Informationen sind auf GitHub verfügbar.

Die Anwendungsgebiete von Genesis sind vielfältig. In der Industrie könnte der Simulator zur Optimierung von Produktionslinien und Roboterbewegungen eingesetzt werden, beispielsweise für Aufgaben wie Schweißen, Lackieren oder Montage. Bei der Entwicklung von Haushaltsrobotern ermöglicht Genesis das Testen von Navigationsalgorithmen in virtuellen Wohnungen und die Simulation von Interaktionen mit Objekten und Menschen.  In der Forschung und Entwicklung kann Genesis zur Untersuchung neuer Roboterdesigns und -steuerungsmethoden sowie zur Durchführung von Experimenten in sicheren virtuellen Umgebungen genutzt werden.  Auch im Bereich des Katastrophenschutzes bietet Genesis Potenzial, beispielsweise für das Training von Robotern für den Einsatz in gefährlichen Umgebungen wie bei der Suche nach Verschütteten.

Beeindruckende Ergebnisse der Simulationen lassen sich auf der Projektseite begutachten. Dort zeigen Videos einen vierbeinigen Roboter, der mithilfe von Genesis gelernt hat, zu kriechen, im Galopp zu rennen, auf zwei Beinen zu hüpfen und sogar einen Backflip zu machen. Das neuronale Netzwerk, welches den Roboter steuert, wurde wohl in nur wenigen Stunden trainiert. Dafür wurde das Tool RoboGen verwendet, welches in Genesis läuft.

Interessant ist Genesis auch für die Filmindustrie und Spieleentwickler. Der Simulator kann mit Leichtigkeit Animationen von Flüssigkeiten und Gasen erstellen, die sonst nur aufwendig zu programmieren sind. Auch im Bereich des Charakterdesigns kann Genesis komplexe Bewegungsabläufe simulieren und so die Animation von Figuren realistischer gestalten.