Zkroucení roboti navigují složitými bludišti bez lidí nebo softwaru

Tým výzkumníků z North Carolina State University a University of Pennsylvania vyvinul měkké roboty, které mohou navigovat ve složitých prostředích bez lidského zásahu nebo počítačového softwaru.

Článek s názvem „Twisting for Soft Intelligent Autonomous Robot in Unstructured Environments“ byl publikován v Proceedings of the National Academy of Sciences.

Demonstrace fyzické inteligence

Jie Yin je korespondenční autor výzkumné práce a docent strojního a leteckého a kosmického inženýrství na NC State.

“Tyto měkké roboty demonstrují koncept nazvaný ‘fyzická inteligence’, což znamená, že design struktury a inteligentní materiály umožňují měkkému robotovi navigovat v různých situacích, na rozdíl od výpočetní inteligence,” říká Yin.

Měkké roboty byly konstruovány z elastomerů s kapalnými krystaly ve tvaru zkroucené stuhy. Když se stuha umístí na povrch, který je alespoň 55 stupňů Celsia, část stuhy, která se dotýká povrchu, se smrští. Současně část stuhy vystavená vzduchu zůstává stejná. To vede k valivému pohybu: čím teplejší je povrch, tím rychleji se robot valí.

“Tohle bylo již dříve provedeno s hladkými tyčemi, ale tento tvar má jednu nevýhodu – když narazí na předmět, prostě se otáčí na místě,” říká Yin. “Měkký robot, který jsme vytvořili ve tvaru zkroucené stuhy, je schopen překonávat tyto překážky bez jakéhokoli lidského nebo počítačového zásahu.”

Dosažení navigace bez softwaru

Robot je schopen tohoto dosáhnout dvěma způsoby. Když jeden konec stuhy narazí na předmět, mírně se otočí, aby se vyhnul překážce. Když střední část robota narazí na předmět, prudce změní tvar, čímž se rychle uvolní uložená deformační energie, které způsobí, že se stuha mírně odrazí a znovu se orientuje, než dopadne. Stuha dokáže prudce změnit tvar více než jednou, než najde správnou orientaci, která jí umožňuje překonat překážku.

“V tomto smyslu je to podobné jako robotické vysavače, které mnoho lidí používá ve svých domech,” říká Yin. “Kromě toho měkký robot, který jsme vytvořili, čerpá energii ze svého prostředí a funguje bez jakéhokoli počítačového programování.”

Yao Zhao je první autor článku a postdoktorandský výzkumník na NC State.

“Dva pohyby, otáčení a prudká změna tvaru, které umožňují robotovi překonávat překážky, mají sílu postupně se měnící podle místa dotyku,” říká Zhao. “K nejsilnější prudké změně tvaru dojde, když se předmět dotkne středu stuhy. Ale stuha bude stále prudce měnit tvar, i když se předmět dotkne stuhy mimo střed, je to jen méně silné. A čím dále jste od středu, tím méně výrazná je tato změna tvaru, až do té míry, kdy poslední pětina délky stuhy nevyvolá žádnou takovou změnu tvaru.”

Tým výzkumníků provedl několik experimentů, které ukazují, jak může robot ve tvaru stuhy navigovat v různých bludištích. Také prokázali, že měkké roboty budou fungovat účinně v pouštních prostředích, protože mohou lézt a sestupovat po svazích volného písku.

“To je zajímavé a zábavné sledovat, ale důležitější je, že poskytuje nové poznatky o tom, jak můžeme navrhnout měkké roboty, které jsou schopné využívat tepelnou energii z přírodních prostředí a autonomně překonávat složitá, neuspořádaná prostředí, jako jsou silnice a drsné pouště.” Yin říká.

Článek byl také spolunapsán doktorandy NC State Yinding Chi, Yaoye Hong a Yanbin Li; stejně jako Shu Yang, který je profesorem materiálové vědy a inženýrství na pozici Josepha Bordogny na University of Pennsylvania.