Inženýr vyvinul víceramenné roboty ve formě roje

Výzkumník na University of Notre Dame vyvinul víceramenné roboty, které mohou manévrovat v obtížných prostředích a dokončovat složité úkoly jako roj.

Výzkum byl zveřejněn v Science Robotics.

Yasemin Ozkan-Aydin je asistentkou profesora elektrotechniky na univerzitě. Je zodpovědná za vytvoření nového robota.

“Robots s nohama mohou navigovat v obtížných prostředích, jako je drsný terén a úzké prostory, a použití končetin nabízí efektivní podporu těla, umožňuje rychlou manévrovatelnost a usnadňuje překonávání překážek,” řekla Ozkan-Aydin. “Nicméně, roboty s nohama čelí jedinečným mobilitním výzvám v pozemních prostředích, což vede ke snížení lokomoční výkonnosti.”

Zlepšení mobility

Ozkan-Aydin předpokládala, že fyzické spojení mezi jednotlivými roboty by mohlo zlepšit mobilitu pozemního kolektivního systému s nohama. Spojující jednotlivé roboty fyzicky, aby vytvořily víceramenný systém, mohou společně překonávat výzvy lépe než jeden jednotlivý robot dokončující malé úkoly.

“Když mravenci sbírají nebo přepravují objekty, pokud jeden narazí na překážku, skupina pracuje společně, aby překonala tuto překážku. Pokud je v cestě mezera, například, vytvoří most, aby ostatní mravenci mohli projet — a to je inspirace pro tuto studii,” řekla. “Prostřednictvím robotiky jsme schopni získat lepší pochopení dynamiky a kolektivního chování těchto biologických systémů a prozkoumat, jak bychom mohli použít tuto technologii v budoucnu.”

Stavba robotů

Ozkan-Aydin spoléhala na 3D tiskárnu pro konstrukci čtyřnohých robotů, které měří 15 až 20 centimetrů na délku. Každý z nich se skládá z lithiové polymerové baterie, mikrokontroléru a tří senzorů. Je zde světelný senzor na přední straně a dva magnetické dotykové senzory na přední a zadní straně, které umožňují jejich spojení.

S přidáním čtyř flexibilních nohou roboti nepotřebují tolik senzorů a součástí, a pomáhá jim interagovat s drsným nebo nerovným terénem.

“Nepotřebujete další senzory k detekci překážek, protože flexibilita v nohách pomáhá robotovi projet přímo kolem nich,” řekla Ozkan-Aydin. “Mohou testovat mezery v cestě, stavět most se svými těly; pohybovat objekty jednotlivě; nebo se spojit, aby pohybovaly objekty společně v různých typech prostředí, podobně jako mravenci.”

Roboti byli testováni na různých površích, jako je tráva, mulč, listí a žaludy. Experimenty na rovině zahrnovaly desky z částic a schody s izolační pěnou, a další testy zahrnovaly koberec a obdélníkové dřevěné bloky.

Pokud se jeden robot zasekl, poslal signál dalším robotům. Tyto roboty se poté spojily, aby se navzájem podporovaly přes překážky, zatímco pracovaly společně.

Podle Ozkan-Aydin by nový výzkum mohl pomoci s návrhem nízkonákladových robotů s nohama, které mohou přizpůsobit se neočekávaným situacím a provádět kooperativní úkoly, jako jsou mise vyhledávání a záchrany, kolektivní transport objektů a kosmické průzkumy. Nyní se bude soustředit na zlepšení ovládání, senzorů a energetických schopností systémů.

“Pro funkční systémy rojů je potřeba zlepšit technologii baterií,” řekla. “Potřebujeme malé baterie, které mohou poskytnout více energie, ideálně trvající déle než 10 hodin. Jinak použití tohoto typu systému ve skutečném světě není udržitelné.” Další omezení zahrnují potřebu více senzorů a více výkonných motorů — zatímco zachování malé velikosti robotů.

“Musíte myslet na to, jak roboti budou fungovat ve skutečném světě, takže musíte myslet na to, kolik energie je vyžadováno, velikost baterie, kterou používáte. Vše je omezeno, takže musíte dělat rozhodnutí s každou částí stroje.”