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Short description
This internship proposal concerns students from second year of master degree, interested in a research internship, with possibility of continuing works in Ph.D. The intern will be asked to study existing parallelization techniques and to develop a specific one for an optimization problem resolution.
Key Words : parallel computing, optimization (mathematics), numerical simulation, robotics
Context
The DEFROST team works on issues related to deformable robots, from their design to their control.A deformable robot is a robot composed of deformable structures, which behaves by deforming. Their design is often inspired by the mechanical properties of living organisms [Kim et al 2013]. These deformable robots have the advantage of being inexpensive to manufacture, robust and less dangerous in the context of interaction with humans. This new branch of robotics opens many prospects of applications.
Thanks to research done with the simulation platform SOFA [Faure et al 2012], we are now able to simulate, in real-time, the physical model of these robots. The team recently developed an algorithm allowing their control through an inverse simulation [Duriez 2013],[Largilliere et al. 2015]. This algorithm is based on solving a nonlinear optimization problem. To keep the real-time property of these simulations, required to interactively control the robots, it is important to start research on a parallelization approach.
Profil
Expected skills are:
– Programming : C/C++ programmation language. A knowledge on development tools such as GIT and cmake will also be requested during the internship.
– Parallel computing : good control of programming interfaces for parallel computing like CUDA, MPI and OpenMP.
– Applied Mathematical skills : Knowledge in numerical simulation and opimization would be appreciated.
– Teamwork
Schedule
1- Understand the resolution method and the optimization problem
2- Studying existing parallelization techniques
3- Hands on SOFA and the SoftRobots plugin
4- Development of a choosen parallelization technique
5- Documentation (in parallel of the development process)
References
[Duriez 2013] Christian Duriez, Control of Elastic Soft Robots based on Real-Time Finite Element Method. ICRA 2013 (https://hal.inria.fr/hal-00823766)
[Faure et al 2012] François Faure, Christian Duriez, Hervé Delingette, Jérémie Allard, Benjamin Gilles, et al.. SOFA: A Multi-Model Framework for Interactive Physical Simulation. Soft Tissue Biomechanical Modeling for Computer Assisted Surgery 2012 (https://hal.inria.fr/hal-00681539)
[Largillière et al. 2015] Frederick Largilliere, Valerian Verona, Eulalie Coevoet, Mario Sanz-Lopez, Jeremie Dequidt, Christian Duriez. Real-time Control of Soft-Robots using Asynchronous Finite Element Modeling. ICRA 2015
[Kim et al 2013] Sangbae Kim, Cecilia Laschi and Barry Trimmer, Soft robotics: a bioinspired evolution in robotics. Trends in biotechnology, 2013
Contacts
– Eulalie Coevoet : eulalie.coevoet@inria.fr
– Christian Duriez : christian.duriez@inria.fr[:fr]
Résumé
Cette offre de stage concerne les étudiants de deuxième année de master, intéressés par un stage en recherche, avec possibilité de poursuivre les travaux en thèse. Il lui sera demandé d’étudier des techniques de parallélisation déjà existantes et d’en développer une spécifique à une méthode de resolution de problème d’optimisation.
Mots clés : calcul parallèle, optimisation (mathématiques), simulation numérique
Contexte
L’équipe DEFROST s’intéresse aux problématiques liées aux robots déformables. Problématiques allant de la conception de ces robots à leur contrôle. Un robot déformable est un robot composé de structures déformables, qui crée le mouvement par déformation. Leur design est souvent inspiré des propriétés mécaniques des organismes vivants que l’on peut trouver dans la nature [Kim et al 2013]. Ces robots déformables ont l’avantage d’être peu couteux en fabrication, robuste et moins dangereux dans le contexte d’interaction avec l’Homme. Cette nouvelle branche de la robotique ouvre de nombreuses perspectives en matière d’application.
Grace aux nombreux travaux de recherche effectués sur la plateforme de simulation SOFA [Faure et al 2012], on est aujourd’hui en mesure de simuler en temps réel le modèle physique de ces robots. L’équipe a récemment développé un algorithme permettant leur contrôle via une simulation inverse [Duriez 2013], [Largillière et al. 2015]. Cette algorithme repose sur la résolution d’un problème d’optimisation non linéaire. Afin de conserver la propriété temps réel de ces simulations, nécessaire au controle interactif des robots, il est important d’entamer une démarche de recherche en parallélisation.
Profil recherché
Pour ce sujet de master, les compétences attendues sont les suivantes:
– Programmation : maîtrise du C/C++ et de la programmation sous Linux et/ou Windows. Une maîtrise des outils de développement tel que GIT et cmake sera également demandée au court du stage.
– Calcul parallèle : une bonne maîtrise des interfaces de programmation pour le calcul parallèle tel que CUDA, MPI et OpenMP.
– Des compétences en mathématiques appliquées : des connaissances en simulation numérique et en opimisation seraient appreciées.
– Travail en équipe
Déroulement du stage
1- Etape de compréhension de la méthode de résolution à paralléliser, ainsi que du problème d’optimisation.
2- Etude des téchniques de parallélisation existantes
3- Prise en main de SOFA et du plugin SoftRobots
4- Développement d’une technique de parallélisation choisi
5- Une documentation sera rédigée en parallèle du travail de développement
Références
[Duriez 2013] Christian Duriez, Control of Elastic Soft Robots based on Real-Time Finite Element Method. ICRA 2013 (https://hal.inria.fr/hal-00823766)
[Faure et al 2012] François Faure, Christian Duriez, Hervé Delingette, Jérémie Allard, Benjamin Gilles, et al.. SOFA: A Multi-Model Framework for Interactive Physical Simulation. Soft Tissue Biomechanical Modeling for Computer Assisted Surgery 2012 (https://hal.inria.fr/hal-00681539)
[Largillière et al. 2015] Frederick Largilliere, Valerian Verona, Eulalie Coevoet, Mario Sanz-Lopez, Jeremie Dequidt, Christian Duriez. Real-time Control of Soft-Robots using Asynchronous Finite Element Modeling. ICRA 2015
[Kim et al 2013] Sangbae Kim, Cecilia Laschi and Barry Trimmer, Soft robotics: a bioinspired evolution in robotics. Trends in biotechnology, 2013
Contacts
– Eulalie Coevoet : eulalie.coevoet@inria.fr
– Christian Duriez : christian.duriez@inria.fr[:]
