Insinööri rakentaa monijalkaisia parviroboteja

Notre Damen yliopiston tutkija on kehittänyt monijalkaisia roboteja, jotka voivat navigoida haastavissa ympäristöissä ja suorittaa monimutkaisia tehtäviä parvina.

Tutkimus julkaistiin Science Robotics -julkaisussa.

Yasemin Ozkan-Aydin on yliopiston sähkötekniikan apulaisprofessori. Hän on vastuussa uuden robotin luomisesta.

“Jalkaiset robotit voivat navigoida haastavissa ympäristöissä, kuten karkeassa maastossa ja ahtaisissa tiloissa, ja raajojen käyttö tarjoaa tehokkaan kehon tuen, mahdollistaa nopean kääntymisen ja helpottaa esteiden ylittämistä”, Ozkan-Aydin sanoi. “Jalkaiset robotit kuitenkin kohtaavat yksilöllisiä liikkuvuuden haasteita maaympäristöissä, mikä johtaa heikentyneeseen liikkuvuuteen.”

Liikkuvuuden parantaminen

Ozkan-Aydin oletti, että fyysinen yhteys yksittäisten robotien välillä voisi parantaa maaympäristössä olevan jalkaisen parvin liikkuvuutta. Yhdistämällä yksittäisiä roboteja toisiinsa muodostamaan monijalkaisen järjestelmän, ne voivat yhdessä voittaa haasteita paremmin kuin yksittäinen robotti suorittamassa pieniä tehtäviä.

“Kun muurahaiset keräävät tai kuljettavat esineitä, ja yksi törmää esteeseen, ryhmä toimii yhdessä voittaakseen esteen. Jos polussa on aukko, esimerkiksi, he muodostavat sillan, jotta muut muurahaiset voivat kulkea yli — ja tämä on inspiroinut tätä tutkimusta”, hän sanoi. “Robotiikan kautta voimme saada paremman ymmärryksen biologisten järjestelmien dynamiikasta ja kollektiivisista käyttäytymisistä ja tutkia, miten voimme mahdollisesti käyttää tällaista teknologiaa tulevaisuudessa.”

Robotien rakentaminen

Ozkan-Aydin käytti 3D-tulostinta nelijalkaisten robotien rakentamiseen, jotka ovat 15-20 senttimetrin pituisia. Jokainen koostuu litium-polymeriakusta, mikroohjaimesta ja kolmesta anturista. Etuosassa on valoanturi ja etu- ja takaosassa on kaksi magneettista kosketusanturia, joiden avulla ne voivat yhdistää toisiinsa.

Neljän joustavan jalan ansiosta robotit eivät tarvitse niin monta anturia ja osaa, ja se auttaa niitä vuorovaikussa karkean tai epätasaisen maaston kanssa.

“Et tarvitse lisäantureita esteiden havaitsemiseen, koska jalkojen joustavuus auttaa robottia liikkumaan esteiden ohi”, Ozkan-Aydin sanoi. “Ne voivat testata aukkoja polussa, rakentaa sillan kehoillaan; siirtää esineitä yksin; tai yhdistää liikuttaakseen esineitä kollektiivisesti erilaisissa ympäristöissä, jotka eivät ole kovin erilaisia kuin muurahaiset.”

Roboteja testattiin erilaisilla pinnoilla, kuten ruoholla, kuorilla, lehdillä ja tammenterhoilla. Tasaisen maan kokeet käsittivät partikkelilautaa ja portaita eristelevyllä, ja muihin kokeisiin kuului shag-matto ja suorakaiteen muotoiset puupalikat.

Jos yksittäinen yksikkö jumittui, se lähetti signaalin muille robotille. Nämä robotit yhdistivät toisiinsa tukemaan toisiaan esteiden ylittämisessä ja toimivat yhteistyössä.

Ozkan-Aydinin mukaan uusi tutkimus voisi auttaa suunnittelemaan edullisia jalkaisia parvia, jotka voivat sopeutua odottamattomiin tilanteisiin ja suorittaa yhteisiä tehtäviä, kuten etsintä- ja pelastustehtäviä, kollektiivista esineiden kuljettamista ja avaruuden tutkimista. Hän keskittyy nyt parantamaan järjestelmien ohjaus-, havainto- ja voimakkuuskapasiteetteja.

“Toiminnallisten parvijärjestelmien osalta akkuteknologiaa on parannettava”, hän sanoi. “Tarvitaan pieniä akkuja, jotka voivat tarjota enemmän voimaa, ja ne pitäisi kestää yli 10 tuntia. Muuten tämänkaltaisen järjestelmän käyttäminen oikeassa maailmassa ei ole kestävää.” Muita rajoituksia ovat tarve lisäantureille ja tehokkaammille moottoreille — samalla kun robottien koko pidetään pieninä.

“On tärkeää miettiä, miten robotit toimisivat oikeassa maailmassa, joten on tärkeää miettiä, paljonko voimaa tarvitaan, akun koko ja kaikki on rajoitettu, joten on tehtävä päätöksiä koko koneen osalta.”