В симуляции моделируется поведение робота в виртуальной среде. Для расчета движения, столкновений и реакции объектов на внешние воздействия используются физические движки. Инженеры тестируют алгоритмы управления, планы движения и стратегии машинного обучения в симуляции, прежде чем запускать их на реальном оборудовании.

Моделирование экономит время и деньги. Робот, вышедший из строя в симуляции, ничего не стоит. Робот, вышедший из строя из-за аппаратных проблем, обходится дорого и приводит к простоям. Моделирование также позволяет инженерам тестировать сценарии, которые слишком опасны или слишком редки, чтобы воспроизвести их в реальности: отказ датчика, попадание человека на пути робота, отключение питания. Они могут запускать тысячи тестов параллельно на кластере.

Инструменты моделирования

• Gazebo: программное обеспечение с открытым исходным кодом, интеграция с ROS.
• MuJoCo: быстрая физика, обучение с подкреплением.
• Исаак Сим: NVIDIA, ускорение на графическом процессоре, фотореалистичная графика.
• PyBullet: Python, прост в использовании, подходит для исследований.
• Веботы: образовательные, кроссплатформенные.

Главное ограничение — разрыв между симуляцией и реальностью. Симуляция никогда не бывает идеальной. Модели трения являются приблизительными. Шум датчиков упрощен. Динамику контакта сложно точно смоделировать. Стратегия, работающая в симуляции, может оказаться неэффективной на аппаратном обеспечении. Инженеры используют рандомизацию домена для повышения надежности стратегий. Они рандомизируют массу, трение, шум датчиков и освещение во время обучения. Реальный мир становится всего лишь еще одной вариацией. Некоторые системы используют системную идентификацию для настройки симуляции в соответствии с реальным роботом. Другие используют остаточное обучение, при котором реальный робот исправляет ошибки симуляции. Симуляция не заменяет тестирование в реальном мире. Это фильтр, который выявляет большинство проблем до того, как они достигнут аппаратного обеспечения. Оставшиеся проблемы — это те, которые имеют значение.