Ρομπότ που Τρώει Μέταλλο Μπορεί να Ακολουθήσει Μονόπατι Μεταλλίου Χωρίς Υπολογιστή ή Μπαταρία

Ένα νεοαναπτυγμένο ‘ρομπότ που τρώει μέταλλο’ μπορεί να ακολουθήσει ένα μονόπατι μεταλλίου χωρίς να χρειάζεται υπολογιστή ή μπαταρία. Το ρομπότ μπορεί να πλοηγηθεί αυτόνομα προς επιφάνειες αλουμινίου και μακριά από κινδύνους χάρη στις μονάδες παροχής ενέργειας που είναι συνδεμένες με τους τροχούς στην αντίθετη πλευρά.

Οι μπαταρίες είναι ένα από τα κύρια εμπόδια στον τομέα της ρομποτικής. Όσο περισσότερη ενέργεια έχουν, τόσο μεγαλύτερο είναι το βάρος. Αυτό το βάρος σημαίνει ότι το ρομπότ πρέπει επίσης να έχει περισσότερη ενέργεια για να κινηθεί, και ενώ κάποιες πηγές ενέργειας όπως τα ηλιακά πάνελ είναι χρήσιμες σε ορισμένες εφαρμογές, χρειάζεται ένας πιο σταθερός, γρήγορος και βιώσιμος τρόπος.

Ο James Pikul είναι助αντός καθηγητής στο Τμήμα Μηχανικής και Εφαρμοσμένης Μηχανικής του Penn Engineering. Αυτή τη στιγμή αναπτύσσει την νέα τεχνολογία βασίζοντας την σε μια περιβαλλοντικά ελεγχόμενη πηγή τάσης, ή ECVS, αντί για μια μπαταρία.

Με μια ECVS, η ενέργεια παράγεται με το σπάσιμο και τη δημιουργία χημικών δεσμών, και είναι σε θέση να κρατήσει το βάρος xuống βάζοντας τους χημικούς δεσμούς στο περιβάλλον του ρομπότ. Η μονάδα ECVS καταλύει μια οξείδωση αντίδραση με τον περιβάλλοντα αέρα όταν έρχεται σε επαφή με μια μεταλλική επιφάνεια, και αυτό είναι που τροφοδοτεί το ρομπότ.

Ο Pikul drew έμπνευση από τη φύση, συγκεκριμένα κοιτάζοντας πώς τα ζώα δημιουργούν χημικούς δεσμούς στη μορφή τροφής ως πηγή ενέργειας. Ακόμη και χωρίς ένα ‘εγκέφαλο’, αυτά τα νέα ρομπότ με ECVS αναζητούν επίσης την πηγή τροφής τους.

Η νέα μελέτη δημοσιεύθηκε στο Advanced Intelligent Systems. 

Ο Pikul ήταν μαζί με τα μέλη του εργαστηρίου Min Wang και Yue Gao, και η ομάδα επέδειξε πώς τα ρομπότ με ECVS θα μπορούσαν να πλοηγηθούν στο περιβάλλον χωρίς να χρειάζονται υπολογιστή. Οι τροχοί αριστερά και δεξιά του ρομπότ τροφοδοτούνται από διαφορετικές μονάδες ECVS, και επέδειξαν βασικές ικανότητες πλοήγησης και αναζήτησης καθώς το ρομπότ κινείται αυτόματα προς και ‘τρώει’ μεταλλικές επιφάνειες.

Η μελέτη δεν σταμάτησε εκεί, αλλά επέδειξε επίσης πώς πιο περίπλοκη συμπεριφορά θα μπορούσε να επιτευχθεί χωρίς κεντρική επεξεργασία. Το ρομπότ μπορεί να εκτελέσει διαφορετικές λογικές επιχειρήσεις ανάλογα με την πηγή τροφής του, η οποία επιτυγχάνεται με τη διαφορετική χωρική και ακολουθιακή διάταξη των μονάδων ECVS.

“Τα βακτήρια είναι σε θέση να πλοηγηθούν αυτόνομα προς θρεπτικά υλικά μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται χημοταξία, όπου αισθάνονται και ανταποκρίνονται σε αλλαγές στις χημικές συγκεντρώσεις,” λέει ο Pikul. “Τα μικρά ρομπότ έχουν παρόμοιους περιορισμούς με τα μικροοργανισμοί,既然 δεν μπορούν να μεταφέρουν μεγάλες μπαταρίες ή περίπλοκους υπολογιστές, поэтому θέλαμε να εξερευνήσουμε πώς η τεχνολογία ECVS μας θα μπορούσε να αναπαράγει αυτή τη συμπεριφορά.”

Δοκιμή του Ρομπότ

Οι ερευνητές δοκιμάζουν το νέο ρομπότ τοποθετώντας το σε μια επιφάνεια αλουμινίου που μπορεί να τροφοδοτήσει τις μονάδες ECVS, και στη συνέχεια πρόσθεσαν ‘κινδύνους’ που θα σπάσουν την επαφή μεταξύ του ρομπότ και του μετάλλου. Σε πειράματα, οι μονάδες ECVS ήταν σε θέση να κινηθούν το ρομπότ και να το πλοηγηθούν προς πηγές πλούσιες σε ενέργεια.

“Σε κάποιους τρόπους,” λέει ο Pikul, “είναι σαν μια γλώσσα που και αισθάνονται και βοηθούν να διαλύσουν την ενέργεια.”

Ένας από τους κινδύνους που χρησιμοποιήθηκαν από την ομάδα ήταν μια καμπυλωτή διαδρομή από μονωτική ταινία, και με τη σύνδεση των μονάδων ECVS στους τροχούς στην αντίθετη πλευρά, το ρομπότ μπορούσε να πλοηγηθεί αυτόνομα να ακολουθήσει το μεταλλικό μονοπάτι μεταξύ δύο γραμμών ταινίας. Για παράδειγμα, η ECVS στη δεξιά θα έχανε την ενέργεια πρώτα αν η διαδρομή καμπυλώνονταν προς τα αριστερά, που προκαλούσε τους τροχούς αριστερά του ρομπότ να επιβραδύνουν και να κινηθούν μακριά από τον κίνδυνο.

Η ομάδα χρησιμοποίησε επίσης ένα ιξώδες μονωτικό γέλ作为 κίνδυνο, και το ρομπότ ήταν σε θέση να σβήσει αργά ενώ οδηγούσε πάνω από αυτό. Η σχεδίαση του ρομπότ μπορεί τώρα να βελτιωθεί καθώς οι ερευνητές μαθαίνουν τι μπορεί να πάρει η ECVS, και αυτά μπορούν να ενσωματωθούν στη σχεδίαση του.

“Η σύνδεση των μονάδων ECVS σε αντίθετους κινητήρες επιτρέπει στο ρομπότ να αποφεύγει τις επιφάνειες που δεν του αρέσουν,” λέει ο Pikul. “Αλλά όταν οι μονάδες ECVS είναι σε παράλληλο με τους δύο κινητήρες, λειτουργούν σαν μια ‘ή’ πύλη, με την οποία αγνοούν χημικές ή φυσικές αλλαγές που συμβαίνουν υπό μια seule πηγή ενέργειας.”

“Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το είδος σύνδεσης για να ταιριάξουμε με βιολογικές προτιμήσεις,” λέει. “Είναι σημαντικό να μπορούμε να διακρίνουμε μεταξύ περιβαλλόντων που είναι επικίνδυνα και πρέπει να αποφευχθούν, και εκείνων που είναι απλώς ανώδυνα και μπορούν να περάσουν αν είναι απαραίτητο.”

Αυτόνομα και ρομπότ χωρίς υπολογιστή θα μπορέσουν να αναλάβουν πιο σύνθετες συμπεριφορές καθώς η τεχνολογία ECVS εξελίσσεται, και το περιβάλλον θα παίξει σημαντικό ρόλο στη σχεδίαση της ECVS. Για παράδειγμα, μικρά ρομπότ θα μπορούσαν να αναπτυχθούν για να πλοηγηθούν σε επικίνδυνα και στενά περιβάλλοντα.

“Εάν έχουμε διαφορετικές ECVS που είναι ρυθμισμένες σε διαφορετικές χημικές ουσίες, μπορούμε να έχουμε ρομπότ που αποφεύγουν επιφάνειες που είναι επικίνδυνες, αλλά τροφοδοτούνται μέσω εκείνων που εμποδίζουν τον στόχο,” λέει ο Pikul.