Forskere Bygger Robot af Flere Mindre 3D-Printede Enheder

Forskere fra Georgia Institute of Technology har bygget en robot, der består helt af mindre enheder, kendt som “smarticles”. Denne nye lokomotionsteknik udfordrer den konventionelle måde at skabe robotter af motorer, batterier, aktuatorer, kropssektioner, ben og hjul.

Den nye forskning blev støttet af Army Research Office, National Science Foundation og forskere fra Northwestern University. Det blev offentliggjort i tidsskriftet Science Robotics.

Disse 3D-printede smarte aktive partikler kan kun udføre funktionen med at flaje deres to arme. Potentialet for disse smarticles ændrer sig, når der er fem af dem indesluttet i en cirkel. Når de er sammen, danner de et robofysisk system kaldet en “supersmarticle” ved at puffe til hinanden. Dette supersmarticle kan herefter bevæge sig uafhængigt. Hvis en lyssensor eller lysdiode tilføjes, kan det herefter kontrolleres gennem stimulus.

Dette nye system er stadig i sin barndom, men idéen om at skabe robotter ved at gruppere mindre enheder har enormt potentiale. Det giver gruppefærdigheder, og det kan føre til mekanisk baseret kontrol over små robotter. Grupperingen af mindre robotter kan også føre til en ny lokomotion.

Dan Goldman er en Dunn Family Professor på School of Physics på Georgia Institute of Technology.

“Disse er meget rudimentære robotter, hvis adfærd er domineret af mekanik og fysiklovene,” sagde han. “Vi søger ikke at placere avanceret kontrol, sansning og beregning på dem alle. Da robotter bliver mindre og mindre, må vi bruge mekanik og fysikprincipper til at kontrollere dem, fordi de ikke vil have det niveau af beregning og sansning, vi har brug for til konventionel kontrol.”

Forskningen blev bygget på studiet af byggeklammer, der blev hældt i en beholder med fjernbare sider. En tidligere PhD-student og nu en fakultetsmedlem på University of California San Diego, Nick Gravish, fjernede herefter beholdernes vægge for at skabe strukturer, der kunne stå alene. Han indså, at mekaniske objekter kunne samles for at skabe strukturer, der kunne gøre langt mere end deres enkelte komponenter.

“En robot lavet af andre rudimentære robotter blev visionen,” sagde Goldman. “Du kunne forestille dig at lave en robot, hvor du kunne justere dens geometriske parametre lidt, og hvad der kommer frem, er kvalitativt nye adfærdsmønstre.”

Will Savoie, en graduate research assistant, skabte batteridrevne smarticles fra en 3D-printer. De havde motorer, simple sansere og nogen beregningskraft. Individuelt kan smarticles ikke gøre meget, men de kan ændre placering og interagere med hinanden, når de placeres i en ring.

“Selv om ingen enkelt robot kan bevæge sig på egen hånd, kan skyen af små robotter bevæge sig, mens den skyder sig fra hinanden og trækker sig sammen, når den samler sig,” ifølge Goldman. “Hvis du placerer en ring omkring skyen af små robotter, begynder de at sparke til hinanden, og den større ring – hvad vi kalder en supersmarticle – bevæger sig tilfældigt.”

Forskere lærte også, at de kunne kontrollere robotternes bevægelse ved at bruge fotosensorer. De kunne stoppe armene fra at flaje med en lysstråle.

“Hvis du vinker lysetsstrålen lige ret, kan du højligere roboten, du vil være inaktiv, og det får ringen til at rykke mod eller væk fra den, selv om ingen robotter er programmeret til at bevæge sig mod lyset,” forklarede Goldman. “Det tillod styring af ensemblet på en meget rudimentær, stokastisk måde.”

Disse nye udviklinger vil hjælpe med at skabe swarm robotter, der består af flere mindre enheder. De kan ændres, så de er nyttige i en række forskellige situationer og anvendelser. Den amerikanske hær har også taget interesse i det nye projekt, da det kan hjælpe med at skabe form-ændrende robotter, der kan ændre deres modaliteter og funktioner.