Συστραμμένα ρομπότ κινούνται σε σύνθετους λαβυρίνθους χωρίς ανθρώπους ή λογισμικό

Μια ομάδα ερευνητών από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας και το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια ανέπτυξε μαλακά ρομπότ που μπορούν να κινούνται σε σύνθετα περιβάλλοντα χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση ή λογισμικό υπολογιστή.

Η εργασία με τίτλο «Twisting for Soft Intelligent Autonomous Robot in Unstructured Environments» δημοσιεύθηκε στο Proceedings of the National Academy of Sciences.

Επίδειξη φυσικής νοημοσύνης

Ο Jie Yin είναι ο υπεύθυνος αλληλογραφίας της ερευνητικής εργασίας και αναπληρωτής καθηγητής μηχανολογίας και αεροδιαστημικής μηχανικής στο NC State.

«Αυτά τα μαλακά ρομπότ επιδεικνύουν μια έννοια που ονομάζεται “φυσική νοημοσύνη”: ο δομικός σχεδιασμός και τα έξυπνα υλικά είναι αυτά που επιτρέπουν στο μαλακό ρομπότ να ανταποκρίνεται σε διαφορετικές καταστάσεις, αντί για την υπολογιστική νοημοσύνη», λέει ο Yin.

Τα μαλακά ρομπότ κατασκευάστηκαν από ελαστομερή υγρών κρυστάλλων σε σχήμα συστραμμένης ταινίας. Όταν η ταινία τοποθετείται σε επιφάνεια με θερμοκρασία τουλάχιστον 55 βαθμών Κελσίου, το τμήμα της που αγγίζει την επιφάνεια συστέλλεται. Παράλληλα, το τμήμα που εκτίθεται στον αέρα παραμένει αμετάβλητο. Έτσι προκύπτει κίνηση κύλισης και, όσο θερμότερη γίνεται η επιφάνεια, τόσο ταχύτερα κυλίεται το ρομπότ.

«Αυτό έχει γίνει στο παρελθόν με ράβδους με λείες πλευρές, αλλά αυτό το σχήμα έχει ένα μειονέκτημα: όταν συναντά ένα αντικείμενο, απλώς περιστρέφεται επιτόπου», λέει ο Yin. «Το μαλακό ρομπότ που κατασκευάσαμε σε σχήμα συστραμμένης ταινίας μπορεί να ξεπερνά αυτά τα εμπόδια χωρίς καμία ανθρώπινη παρέμβαση ή παρέμβαση υπολογιστή».

Πλοήγηση χωρίς λογισμικό

Το ρομπότ το επιτυγχάνει με δύο τρόπους. Όταν το ένα άκρο της ταινίας συναντά ένα αντικείμενο, περιστρέφεται ελαφρά για να το παρακάμψει. Όταν το κεντρικό τμήμα του ρομπότ συναντά ένα αντικείμενο, αλλάζει απότομα σχήμα: η αποθηκευμένη ενέργεια παραμόρφωσης απελευθερώνεται γρήγορα, προκαλώντας ένα μικρό άλμα της ταινίας και αλλαγή του προσανατολισμού της πριν προσγειωθεί. Η ταινία μπορεί να επαναλάβει αυτή την απότομη κίνηση περισσότερες από μία φορές μέχρι να βρει τον κατάλληλο προσανατολισμό για να ξεπεράσει το εμπόδιο.

«Από αυτή την άποψη, μοιάζει πολύ με τις ρομποτικές ηλεκτρικές σκούπες που πολλοί χρησιμοποιούν στα σπίτια τους», λέει ο Yin. «Με τη διαφορά ότι το μαλακό ρομπότ που δημιουργήσαμε αντλεί ενέργεια από το περιβάλλον του και λειτουργεί χωρίς προγραμματισμό υπολογιστή».

Ο Yao Zhao είναι ο πρώτος συγγραφέας της εργασίας και μεταδιδακτορικός ερευνητής στο NC State.

«Οι δύο κινήσεις, η περιστροφή και η απότομη αλλαγή σχήματος, που επιτρέπουν στο ρομπότ να ξεπερνά εμπόδια, μεταβάλλονται σταδιακά ανάλογα με το σημείο επαφής», λέει ο Zhao. «Η ισχυρότερη απότομη κίνηση συμβαίνει όταν ένα αντικείμενο αγγίζει το κέντρο της ταινίας. Ωστόσο, η ταινία θα κάνει αυτή την κίνηση και αν το αντικείμενο την αγγίξει μακριά από το κέντρο, απλώς με μικρότερη ισχύ. Όσο απομακρυνόμαστε από το κέντρο, τόσο ασθενέστερη γίνεται η κίνηση, μέχρι το τελευταίο πέμπτο του μήκους της ταινίας, όπου δεν εμφανίζεται καθόλου».

Η ερευνητική ομάδα πραγματοποίησε πολλά πειράματα που έδειξαν πώς το ρομπότ σε σχήμα ταινίας κινείται σε ποικίλα περιβάλλοντα που μοιάζουν με λαβυρίνθους. Έδειξε επίσης ότι τα μαλακά ρομπότ μπορούν να λειτουργούν αποτελεσματικά σε ερημικά περιβάλλοντα, καθώς ανεβαίνουν και κατεβαίνουν πλαγιές από χαλαρή άμμο.

«Αυτό είναι ενδιαφέρον και διασκεδαστικό στην παρακολούθηση, αλλά, κυρίως, προσφέρει νέες γνώσεις για τον σχεδιασμό μαλακών ρομπότ που συλλέγουν θερμική ενέργεια από φυσικά περιβάλλοντα και κινούνται αυτόνομα σε σύνθετα, μη δομημένα περιβάλλοντα, όπως δρόμοι και αφιλόξενες έρημοι», λέει ο Yin.

Συνσυγγραφείς της εργασίας είναι επίσης οι υποψήφιοι διδάκτορες του NC State Yinding Chi, Yaoye Hong και Yanbin Li, καθώς και Shu Yang, που κατέχει την έδρα Joseph Bordogna στην Επιστήμη και Μηχανική Υλικών στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια.