Metallin syövä robotti voi seurata metallireittiä ilman tietokonetta tai paristoa

Uudenlaisen ’metallin syövän’ robotin on kehitetty seuraamaan metallireittiä ilman tietokonetta tai paristoa. Robotti voi itsenäisesti navigoida alumiinipintoja kohti ja vaaroja pois, kiitos voimanlähteiden ollessa kytkettyä pyöriin vastakkaisella puolella.

Paristot ovat yksi suurimmista esteistä robotiikan alalla. Mitä enemmän energiaa niissä on, sitä raskaampia ne ovat. Tämä paino tarkoittaa, että robotin on oltava myös enemmän energiaa liikuttaa, ja vaikka jotkut voimanlähteet kuten aurinkopaneelit ovat hyödyllisiä joissakin sovelluksissa, on oltava jatkuvampi, nopeampi ja kestävämpi tapa.

James Pikul on apulaisprofessori Penn Engineeringin Mekaniikan ja soveltavan mekaniikan osastolla. Hän on parhaillaan kehittämässä uutta teknologiaa, joka perustuu ympäristössä säätelyyn perustuvaan jännitelähteeseen, eli ECVS:ään, sen sijaan, että käytettäisiin paristoa.

ECVS:llä tuotetaan energia murtamalla ja muodostamalla kemiallisia sidoksia, ja se pystyy pitämään painon alhaalla etsimällä kemialliset sidokset robotin ympäristössä. ECVS-yksikkö katalysoi hapettumisreaktion ympäröivän ilman kanssa, kun se tulee kosketuksiin metallipinnan kanssa, ja tämä on se, mikä antaa robotille voimaa.

Pikul sai inspiraation luonnosta, erityisesti katsomalla, miten eläimet muodostavat kemiallisia sidoksia ravinnon muodossa voimanlähteeksi. Vaikka nämä uudet ECVS:llä toimivat robotit eivät ole ’aivollisia’, ne etsivät myös omaa ’ruokaa’.

Uusi tutkimus julkaistiin Advanced Intelligent Systems -julkaisussa.

Pikuliin liittyivät laboratorion jäsenet Min Wang ja Yue Gao, ja tiimi osoitti, miten ECVS:llä toimivat robotit voivat navigoida ympäristössä ilman tietokonetta. Robotin vasen ja oikea pyörä on kytketty eri ECVS-yksiköihin, ja ne osoittavat perustavanlaatuisia navigointi- ja etsintäkykyjä, kun robotti liikkuu automaattisesti kohti ja ’syö’ metallipintoja.

Tutkimus ei pysähtynyt siinä, vaan se osoitti myös, miten monimutkaisempia käyttäytymisiä voidaan saavuttaa ilman keskusprosessoria. Robotti voi suorittaa erilaisia loogisia operaatioita riippuen ’ruoasta’, mikä saavutetaan erilaisten ECVS-yksiköiden eri tilallisilla ja peräkkäisillä järjestelyillä.

“Bakteerit pystyvät itsenäisesti navigoimaan ravinnon lähteitä kohti kemotaksiksen kautta, jossa ne aistivat ja reagoivat kemiallisten keskittymien muutoksiin,” Pikul sanoo. “Pienet robotit ovat samanlaisia kuin mikro-organismit, koska ne eivät voi kantaa suuria paristoja tai monimutkaisia tietokoneita, joten halusimme tutkia, miten voimme jäljitellä tätä käyttäytymistä ECVS-teknologialla.”

Robotti testattiin

Tutkijat testasivat uutta robottia asettamalla sen alumiinipinnalle, joka voi antaa voimaa ECVS-yksiköille, ja he lisäsivät ’vaaroja’, jotka katkaisivat kosketuksen robotin ja metallin välillä. Kokeissa ECVS-yksiköt pystyivät liikuttamaan robottia ja navigoimaan sitä kohti energiarikkaita lähteitä.

“Jollain tavoin,” Pikul sanoo, “ne ovat kuin kieli, koska ne sekä aistivat että auttavat energian ’sulattamisessa’.”

Yksi vaaroista, jota tiimi käytti, oli kaareva reitti eristysnauhalla, ja kytkemällä ECVS-yksiköt pyöriin vastakkaisella puolella, robotti pystyi itsenäisesti seuraamaan metallireittiä nauhan välissä. Esimerkiksi oikeanpuoleinen ECVS menettäisi voimansa ensin, jos reitti kaartui vasemmalle, mikä aiheuttaisi robotin vasemman pyörän hidastuvan ja siirtymisen vaaran pois.

Tiimi käytti myös viskoosia eristysgeeliä vaarana, ja robotti pystyi hitaasti pyyhkimään sen pois ajaessaan yli. Robotin suunnittelu voidaan parantaa, kun tutkijat oppivat, mitä ECVS voi havaita, ja nämä voidaan sisällyttää robotin suunnitteluun.

“Kytkemällä ECVS-yksiköt vastakkaisiin moottoreihin robotti voi välttää pintoja, joita se ei pidä,” Pikul sanoo. “Mutta kun ECVS-yksiköt ovat rinnakkain molemmille moottoreille, ne toimivat kuin ’tai’-portti, jossa ne ignoroivat kemiallisia tai fysikaalisia muutoksia, jotka tapahtuvat ainoastaan yhdellä voimanlähteellä.”

“Voimme käyttää tätä tapaa yhdistää biologiset preferenssit,” hän sanoo. “On tärkeää pystyä eroon tunnistamaan vaaralliset ympäristöt, jotka on vältettävä, ja ne, jotka ovat vain epämukavia, ja joita voidaan ohittaa, jos se on tarpeen.”

Itsenäiset ja tietokoneettomat robotit pystyvät suorittamaan monimutkaisempia käyttäytymisiä, kun ECVS-teknologia kehittyy, ja ympäristö pelaa suuren roolin ECVS-suunnittelussa. Esimerkiksi pienet robotit voidaan kehittää navigoimaan vaarallisiin ja ahtaisiin ympäristöihin.

“Jos meillä on erilaisia ECVS:ia, jotka on säätelty eri kemiaan, voimme kehittää robotteja, jotka välttävät vaarallisia pintoja, mutta jatkavat eteenpäin, jos se on esteen tiellä,” Pikul sanoo.