Robot, který jí kov, může sledovat kovovou cestu bez počítače nebo baterie

Nově vyvinutý „kovojedící“ robot může sledovat kovovou cestu bez potřeby počítače nebo baterie. Robot může autonomně navigovat směrem k hliníkovým povrchům a odcházet od nebezpečí díky jednotkám zásobujícím energii, které jsou propojeny s koly na opačné straně.

Baterie jsou jednou z hlavních bariér v oblasti robotiky. Čím více energie mají, tím větší je jejich hmotnost. Tato hmotnost znamená, že robot musí mít také více energie, aby se mohl pohybovat, a zatímco některé zdroje energie, jako jsou solární panely, jsou užitečné v některých aplikacích, je třeba najít více konzistentní, rychlý a udržitelný způsob.

James Pikul je asistent profesora na katedře mechanického inženýrství a aplikované mechaniky na Penn Engineering. V současné době vyvíjí novou technologii, spoléhající se na jednotku řízenou napětím, ovlivněnou prostředím, nebo ECVS, místo baterie.

S ECVS je energie produkována rozkladem a tvorbou chemických vazeb a je schopna snížit hmotnost tím, že nachází chemické vazby v robotově prostředí. Jednotka ECVS katalyzuje oxidační reakci se vzduchem, když přijde do kontaktu s kovovým povrchem, a to je to, co pohání robota.

Pikul čerpal inspiraci z přírody, konkrétně z toho, jak zvířata vytvářejí chemické vazby ve formě potravy jako zdroje energie. I bez „mozku“ tyto nové roboty poháněné ECVS také hledají svůj zdroj potravy.

Nová studie byla zveřejněna v Advanced Intelligent Systems.

Pikul byl doprovázen členy laboratoře Min Wang a Yue Gao, a tým ukázal, jak roboty poháněné ECVS mohou navigovat v prostředí bez potřeby počítače. Levé a pravé kolo robota jsou poháněny různými jednotkami ECVS a demonstrují základní navigační a vyhledávací schopnosti, jak robot automaticky míří k a „jí“ kovové povrchy.

Studie se nezastavila pouze tam, ale také ukázala, jak lze dosáhnout složitějších chování bez centrálního procesoru. Robot může provádět různé logické operace v závislosti na jeho zdroji potravy, což je dosaženo rozdílnými prostorovými a sekvencemi jednotek ECVS.

“Bakterie jsou schopny autonomně navigovat směrem k živinám prostřednictvím procesu zvaného chemotaxe, kde vnímají a reagují na změny koncentrací chemických látek,” říká Pikul. “Malé roboty mají podobné omezení jako mikroorganismy, protože nemohou nést velké baterie nebo složité počítače, takže jsme chtěli prozkoumat, jak naše technologie ECVS může replikovat toto chování.”

Testování robota

Výzkumníci otestovali nový robot tak, že ho umístili na hliníkový povrch, který může napájet jeho jednotky ECVS, a poté přidali „nebezpečí“, které by přerušilo kontakt mezi robotem a kovem. Ve experimentech byly jednotky ECVS schopny pohánět robota a navigovat ho směrem k zdrojům bohatým na energii.

“V některých ohledech,” říká Pikul, “jsou podobné jazyku, protože obě vnímají a pomáhají trávit energii.”

Jedním z nebezpečí, které tým použil, byla křivá cesta z izolační pásky, a propojením jednotek ECVS s koly na opačné straně, mohl robot autonomně sledovat kovovou cestu mezi dvěma linkami pásky. Například jednotka ECVS vpravo by ztratila energii jako první, pokud by cesta otočila doleva, což by způsobilo, že robotova levá kola zpomalí a odjedou od nebezpečí.

Tým také použil viskózní izolační gel jako nebezpečí, a robot byl schopen pomalu setřít, zatímco jel přes něj. Design robota může být nyní vylepšen, protože výzkumníci se dozvědí, co jednotky ECVS mohou detekovat, a tyto mohou být začleněny do designu robota.

“Propojením jednotek ECVS s opačnými motory umožňuje robotu vyhnout se povrchům, které nemá rád,” říká Pikul. “Ale když jsou jednotky ECVS paralelně s oběma motory, fungují jako logická brána ‘OR’, protože ignorují chemické nebo fyzické změny, ke kterým dochází pod jedním zdrojem energie.”

“Můžeme použít tento druh propojení, aby odpovídal biologickým preferencím,” říká. “Je důležité rozlišovat mezi prostředími, která jsou nebezpečná a musí být vyhnuta, a těmi, která jsou pouze nepohodlná a mohou být prošla, pokud je to nutné.”

Autonomní a počítačové roboty budou moci vykonávat složitější chování, jakmile se technologie ECVS vyvine, a okolní prostředí bude hrát velkou roli v designu ECVS. Například malé roboty by mohly být vyvinuty, aby navigovaly v nebezpečných a úzkých prostředích.

“Pokud máme různé ECVS, které jsou naladěny na různé chemie, můžeme mít roboty, které se vyhýbají povrchům, které jsou nebezpečné, ale projdou těmi, které stojí v cestě cíle,” říká Pikul.