Ingeniør bygger multi-benede swarm-robotter

En forsker fra University of Notre Dame har udviklet multi-benede robotter, der kan manøvrere gennem svære omgivelser og udføre komplekse opgaver som en swarm. 

Forskningen blev offentliggjort i Science Robotics. 

Yasemin Ozkan-Aydin er en adjunkt i elektroteknik på universitetet. Hun er den, der står bag udviklingen af den nye robot.

“Benede robotter kan navigere i udfordrende omgivelser som ru terræn og små rum, og brugen af lemmer tilbyder effektiv kropsstøtte, muliggør hurtig manøvrering og faciliterer overkommelse af hindringer,” sagde Ozkan-Aydin. “Men benede robotter står over for unikke mobilitetsudfordringer i terrestriske omgivelser, hvilket resulterer i reduceret lokomotorpræstation.”

Forbedring af Mobilitet

Ozkan-Aydin formodede, at en fysisk forbindelse mellem enkeltrobotter kunne forbedre mobiliteten af et terrestrisk benet kollektivsystem. Ved at fysisk forbinde enkeltrobotter til hinanden for at danne et multi-benet system, kan de kollektivt overvinde udfordringer bedre end en enkelt robot, der udfører små opgaver. 

“Når myrer samler eller transporterer objekter, og en af dem møder en hindring, arbejder gruppen kollektivt for at overvinde hindringen. Hvis der er et hul i stien, for eksempel, vil de danne en bro, så de andre myrer kan krydse – og det er inspirationen bag denne studie,” sagde hun. “Gennem robotteknologi kan vi opnå en bedre forståelse af dynamikken og de kollektive adfærdsmønstre i disse biologiske systemer og udforske, hvordan vi måske kan bruge denne type teknologi i fremtiden.”

Bygning af Robotterne

Ozkan-Aydin afhængig af en 3D-printer til at konstruere de fire-benede robotter, der måler 15 til 20 centimeter i længde. Hver enkelt består af en lithium-polymerbatteri, mikrocontroller og tre sensorer. Der er en lys-sensor foran og to magnetiske berørings-sensorer foran og bag, hvilket muliggør, at de kan forbinde sig med hinanden. 

Med tilføjelsen af fire fleksible ben har robotterne ikke brug for så mange sensorer og dele, og det hjælper dem med at interagere med ru eller ujævn terræn. 

“Du har ikke brug for ekstra sensorer for at registrere hindringer, fordi fleksibiliteten i benene hjælper robotterne med at bevæge sig lige forbi dem,” sagde Ozkan-Aydin. “De kan teste for huller i en sti, danne en bro med deres krop; flytte objekter enkeltvis; eller forbinde sig for at flytte objekter kollektivt i forskellige typer omgivelser, ikke ulig myrer.”

Robotterne blev testet på en række overflader, såsom græs, mulch, blade og agern. Eksperimenter på flad jord indebar partikelbrædder og trapper med isolerings-skum, og andre tests indebar shag-tæppe og rektangulære træ-blokke. 

Hvis en enkelt enhed blev fast, sendte den en signal til andre robotter. Disse robotter forbinder sig derefter til hinanden for at støtte hinanden gennem hindringer, mens de arbejder sammen. 

Ifølge Ozkan-Aydin kan den nye forskning hjælpe med designet af billige, benede swarms, der kan tilpasse sig uforudsete situationer og udføre samarbejdende opgaver som redningsmissioner, kollektivt transport af objekter og rum-eksploration. Hun vil nu fokusere på at forbedre styring, sansning og kraftkapaciteten af systemerne. 

“Til funktionelle swarm-systemer har batteriteknologien brug for at blive forbedret,” sagde hun. “Vi har brug for små batterier, der kan levere mere kraft, ideelt set mere end 10 timer. Ellers er det ikke bæredygtigt at bruge dette system i den virkelige verden.” Yderligere begrænsninger inkluderer behovet for flere sensorer og kraftfulde motorer – samtidig med, at robotternes størrelse holdes lille.

“Du skal tænke på, hvordan robotterne vil fungere i den virkelige verden, så du skal tænke på, hvor meget kraft der er nødvendig, størrelsen af batteriet du bruger. Alt er begrænset, så du skal træffe beslutninger om hver del af maskinen.”