Interactive OT Gym: A Reinforcement Learning-Based Interactive Optical tweezer (OT)-Driven Microrobotics Simulation Platform

要約

光学ピンセット（OT）は、生物医学用途でのサブミクロン精度を使用して、マイクロマニキュレーションの比類のない機能を提供します。
ただし、動的環境での複数の複雑な形のマイクロボットの協力的な操作を実現するために、従来のマルチトラップOTを制御することは、重要な課題をもたらします。
これに対処するために、OT駆動型の微量体体向けに設計された強化学習（RL）ベースのシミュレーションプラットフォームであるインタラクティブOTジムを紹介します。
当社のプラットフォームは、複雑な物理フィールドシミュレーションをサポートし、触覚フィードバックインターフェイス、RLモジュール、および協同組合生物学的オブジェクト操作タスクでOT駆動型マイクロボットに合わせたコンテキスト認識共有制御戦略を統合します。
この統合により、マニュアルと自律制御の適応的なブレンドが可能になり、人間の入力と自律操作の間のシームレスな遷移が可能になります。
セル操作タスクを使用して、プラットフォームの有効性を評価しました。
実験結果は、共有制御システムがマイクロ操作のパフォーマンスを大幅に改善し、純粋なヒトまたはRLコントロールのみを使用し、100％の成功率を達成するのに比べて、タスクの完了時間を約67％削減することを示しています。
忠実度、インタラクティブ性、低コスト、高速シミュレーション機能により、インタラクティブなOTジムは、高度なインタラクティブなOT駆動型マイクロマニキュレーションシステムと制御アルゴリズムの開発のためのユーザーフレンドリーなトレーニングとテスト環境として機能します。
プロジェクトの詳細については、当社のウェブサイトhttps://sites.google.com/view/otgymをご覧ください

要約(オリジナル)

Optical tweezers (OT) offer unparalleled capabilities for micromanipulation with submicron precision in biomedical applications. However, controlling conventional multi-trap OT to achieve cooperative manipulation of multiple complex-shaped microrobots in dynamic environments poses a significant challenge. To address this, we introduce Interactive OT Gym, a reinforcement learning (RL)-based simulation platform designed for OT-driven microrobotics. Our platform supports complex physical field simulations and integrates haptic feedback interfaces, RL modules, and context-aware shared control strategies tailored for OT-driven microrobot in cooperative biological object manipulation tasks. This integration allows for an adaptive blend of manual and autonomous control, enabling seamless transitions between human input and autonomous operation. We evaluated the effectiveness of our platform using a cell manipulation task. Experimental results show that our shared control system significantly improves micromanipulation performance, reducing task completion time by approximately 67% compared to using pure human or RL control alone and achieving a 100% success rate. With its high fidelity, interactivity, low cost, and high-speed simulation capabilities, Interactive OT Gym serves as a user-friendly training and testing environment for the development of advanced interactive OT-driven micromanipulation systems and control algorithms. For more details on the project, please see our website https://sites.google.com/view/otgym

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