Μηχανικός Κατασκευάζει Ρομπότ Σμήνους με Πολλαπλά Σκέλη

Ένας ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Νόtre Dame έχει αναπτύξει ρομπότ με πολλαπλά σκέλη που μπορούν να κινούνται μέσα από δύσκολα περιβάλλοντα και να ολοκληρώνουν σύνθετα καθήκοντα ως σμήνος.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Science Robotics.

Η Yasemin Ozkan-Aydin είναι助αντική καθηγήτρια ηλεκτρολογικού μηχανικού στο πανεπιστήμιο. Είναι αυτή που είναι υπεύθυνη για τη δημιουργία του νέου ρομπότ.

“Τα ρομπότ με σκέλη μπορούν να κινούνται μέσα από δύσκολα περιβάλλοντα, όπως τραχύ έδαφος και στενά διαστήματα, και η χρήση σκελών προσφέρει αποτελεσματική στήριξη του σώματος, επιτρέπει τη γρήγορη κίνηση και διευκολύνει την διάσχιση εμποδίων,” είπε η Ozkan-Aydin. “Ωστόσο, τα ρομπότ με σκέλη αντιμετωπίζουν μοναδικές προκλήσεις κινητικότητας σε εδαφικά περιβάλλοντα, που οδηγούν σε μειωμένη απόδοση κίνησης.”

Βελτιώνοντας την Κινητικότητα

Η Ozkan-Aydin υποθέτει ότι μια φυσική σύνδεση μεταξύ ατομικών ρομπότ μπορεί να βελτιώσει την κινητικότητα ενός εδαφικού συστήματος με πολλαπλά σκέλη. Με τη φυσική σύνδεση ατομικών ρομπότ για να σχηματίσουν ένα σύστημα με πολλαπλά σκέλη, μπορούν να υπερβούν τις προκλήσεις καλύτερα από ένα μεμονωμένο ρομπότ που ολοκληρώνει μικρά καθήκοντα.

“Όταν οι μύγες συλλέγουν ή μεταφέρουν αντικείμενα, αν ένα από αυτά συναντήσει ένα εμπόδιο, η ομάδα εργάζεται συλλογικά για να το υπερβεί. Αν υπάρχει ένα κενό στο μονοπάτι, για παράδειγμα, θα σχηματίσουν μια γέφυρα ώστε τα άλλα μυρμήγκια να μπορέσουν να διασχίσουν — και αυτή είναι η έμπνευση για αυτή τη μελέτη,” είπε. “Μέσω της ρομποτικής podemos να αποκτήσουμε μια καλύτερη κατανόηση της δυναμικής και των συλλογικών συμπεριφορών αυτών των βιολογικών συστημάτων και να εξερευνήσουμε πώς μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτή τη τεχνολογία στο μέλλον.”

Κατασκευή των Ρομπότ

Η Ozkan-Aydin βασίστηκε σε einen 3D εκτυπωτή για να κατασκευάσει τα ρομπότ με τέσσερα σκέλη, τα οποία έχουν μήκος 15 έως 20 εκατοστά. Κάθε ένα αποτελείται από μια μπαταρία λιθίου, μικροελεγκτή και τρεις αισθητήρες. Υπάρχει ένας αισθητήρας φωτός στο μπροστά μέρος και δύο αισθητήρες μαγνητικής επαφής στο μπροστά και πίσω μέρος, οι οποίοι τους επιτρέπουν να συνδεθούν μεταξύ τους.

Με την προσθήκη τεσσάρων ελαστικών σκελών, τα ρομπότ δεν χρειάζονται τόσοι αισθητήρες και μέρη, και τους βοηθά να αλληλεπιδρούν με τραχύ ή ανώμαλο έδαφος.

“Δεν χρειάζεστε πρόσθετους αισθητήρες για να ανιχνεύσετε εμπόδια, γιατί η ελαστικότητα στα σκέλη βοηθά το ρομπότ να κινηθεί απλά πάνω από αυτά,” είπε η Ozkan-Aydin. “Μπορούν να δοκιμάσουν για κενά σε ένα μονοπάτι, να κατασκευάσουν μια γέφυρα με τα σώματά τους· να μεταφέρουν αντικείμενα μεμονωμένα· ή να συνδεθούν για να μεταφέρουν αντικείμενα συλλογικά σε διάφορα είδη περιβαλλόντων, όχι διαφορετικά από τις μύγες.”

Τα ρομπότ δοκιμάστηκαν σε διάφορες επιφάνειες, όπως χόρτο, mulch, φύλλα και βελανίδια. Πειράματα σε επίπεδο έδαφος περιελάμβαναν particle board και σκάλες με μονωτική πENA, και άλλα πειράματα περιελάμβαναν shag carpeting και ορθογώνιες ξύλινες μπλοκ.

Αν ένα μεμονωμένο ρομπότ remained stuck, έστελνε ένα σήμα σε πρόσθετα ρομπότ. Αυτά τα ρομπότ τότε συνδέθηκαν για να υποστηρίξουν το ένα το άλλο μέσω εμποδίων ενώ εργάζονταν συνεργατικά.

Σύμφωνα με την Ozkan-Aydin, η νέα έρευνα μπορεί να βοηθήσει με τον σχεδιασμό χαμηλού κόστους ρομπότ σμήνους που μπορούν να προσαρμοστούν σε απρόβλεπτες καταστάσεις και να εκτελέσουν συνεργατικά καθήκοντα όπως αποστολές έρευνας και διάσωσης, συλλογική μεταφορά αντικειμένων και εξερεύνηση του διαστήματος. Θα επικεντρωθεί τώρα στην βελτίωση των ικανοτήτων ελέγχου, αίσθησης και ισχύος των συστημάτων.

“Για λειτουργικά συστήματα σμήνους, η τεχνολογία μπαταριών πρέπει να βελτιωθεί,” είπε. “Χρειαζόμαστε μικρές μπαταρίες που μπορούν να παρέχουν περισσότερη ισχύ, ιδανικά διαρκώντας περισσότερο από 10 ώρες. Αλλοιώς, η χρήση αυτού του είδους συστήματος στον πραγματικό κόσμο δεν είναι βιώσιμη.” Πρόσθετοι περιορισμοί περιλαμβάνουν την ανάγκη για περισσότερους αισθητήρες και πιο ισχυρά κινητήρια — ενώ διατηρούν το μέγεθος των ρομπότ μικρό.

“Πρέπει να σκεφτείτε πώς τα ρομπότ θα λειτουργούν στον πραγματικό κόσμο, οπότε πρέπει να σκεφτείτε πόση ισχύς απαιτείται, το μέγεθος της μπαταρίας που χρησιμοποιείτε. Όλα είναι περιορισμένα, οπότε πρέπει να λάβετε αποφάσεις για κάθε μέρος της μηχανής.”