Forscher bauen Roboter aus mehreren 3D-gedruckten kleineren Exemplaren

Forscher aus Georgia Institute of Technology haben einen Roboter gebaut, der ausschließlich aus kleineren, sogenannten „Smarticles“ besteht. Diese neue Fortbewegungstechnik stellt die herkömmliche Art der Herstellung von Robotern aus Motoren, Batterien, Aktuatoren, Körpersegmenten, Beinen und Rädern in Frage. 

Die neue Forschung wurde vom Army Research Office, der National Science Foundation und Forschern der Northwestern University unterstützt. Es wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftsrobotik. 

Diese 3D-gedruckten intelligenten aktiven Partikel können nur die Funktion erfüllen, mit ihren beiden Armen zu schlagen. Das Potenzial dieser Smarticles ändert sich, wenn fünf von ihnen in einem Kreis angeordnet sind. Wenn sie zusammenkommen, bilden sie ein roboterphysikalisches System namens „Supersmarticle“, indem sie sich gegenseitig anstoßen. Dieser Superartikel ist dann in der Lage, sich selbstständig zu bewegen. Wird ein Ton- oder Lichtsensor hinzugefügt, kann dieser dann durch Reize gesteuert werden. 

Dieses neue System steckt noch in den Kinderschuhen, aber die Idee, Roboter aus der Aneinanderreihung kleinerer Roboter zu erschaffen, hat großes Potenzial. Es bietet Gruppenfähigkeiten und könnte zu einer mechanischen Steuerung kleiner Roboter führen. Auch die Gruppierung kleinerer Roboter könnte zu einer neuen Fortbewegung führen.

Dan Goldman ist Dunn Family Professor an der School of Physics des Georgia Institute of Technology. 

„Das sind sehr rudimentäre Roboter, deren Verhalten von der Mechanik und den Gesetzen der Physik dominiert wird“, sagte er. „Wir streben nicht danach, sie alle einer hochentwickelten Steuerung, Erfassung und Berechnung zu unterziehen. Da Roboter immer kleiner werden, müssen wir Mechanik und physikalische Prinzipien nutzen, um sie zu steuern, da sie nicht über das Maß an Rechenleistung und Sensorik verfügen, das wir für eine herkömmliche Steuerung benötigen würden.“

Die Forschung basierte auf der Untersuchung von Bauklammern, die in einen Behälter mit abnehmbaren Seiten gegossen wurden. Nick Gravish, ein ehemaliger Doktorand und jetzt Fakultätsmitglied an der University of California San Diego, entfernte dann die Wände des Containers, um Strukturen zu schaffen, die für sich allein stehen konnten. Er erkannte, dass sich mechanische Objekte zu Strukturen zusammenfügen ließen, die viel mehr leisten konnten als ihre einzelnen Komponenten. 

„Ein Roboter aus anderen rudimentären Robotern wurde zur Vision“, sagte Goldman. „Man könnte sich vorstellen, einen Roboter zu bauen, bei dem man seine geometrischen Parameter ein wenig optimiert und dadurch qualitativ neue Verhaltensweisen entstehen.“

Will Savoie, ein promovierter Forschungsassistent, hat aus einem 3D-Drucker batteriebetriebene Smarticles hergestellt. Sie verfügten über Motoren, einfache Sensoren und etwas Rechenleistung. Einzeln können die Smarticles nicht viel bewirken, aber sie sind in der Lage, ihren Standort zu ändern und miteinander zu interagieren, wenn sie in einen Ring gesteckt werden. 

„Auch wenn sich kein einzelner Roboter alleine bewegen könnte, könnte sich die aus mehreren Robotern bestehende Wolke bewegen, wenn sie sich auseinanderdrückt, und schrumpfen, wenn sie sich zusammenzieht“, so Goldman. „Wenn man einen Ring um die Wolke aus kleinen Robotern legt, fangen sie an, sich gegenseitig zu treten, und der größere Ring – was wir Supersmarticle nennen – bewegt sich zufällig umher.“

Die Forscher erfuhren auch, dass sie die Bewegung der Roboter mithilfe von Fotosensoren steuern konnten. Mit einem Lichtstrahl konnten sie das Flattern der Arme stoppen. 

„Wenn Sie die Taschenlampe genau richtig ausrichten, können Sie den Roboter markieren, der inaktiv sein soll, und das führt dazu, dass der Ring auf ihn zu oder von ihm weg bewegt, obwohl kein Roboter so programmiert ist, dass er sich auf das Licht zubewegt“, erklärte Goldman. „Das ermöglichte eine sehr rudimentäre, stochastische Steuerung des Ensembles.“

Diese neuen Entwicklungen werden bei der Entwicklung von Schwarmrobotern helfen, die aus mehreren kleineren Geräten bestehen. Sie können so geändert werden, dass sie in verschiedenen Situationen und Anwendungen nützlich sind. Auch die US-Armee hat Interesse an dem neuen Projekt gezeigt, da es dabei helfen könnte, formverändernde Roboter zu entwickeln, die ihre Modalitäten und Funktionen ändern können.