Onderzoekers bouwen robot uit meerdere kleinere 3D-geprinte robots

Onderzoekers van de Georgia Institute of Technology hebben een robot gebouwd die bestaat uit kleinere robots, bekend als “smarticles”. Deze nieuwe locomotietechniek daagt de conventionele manier van het creëren van robots uit motoren, batterijen, actuatoren, lichaamssegmenten, benen en wielen uit.

Het nieuwe onderzoek werd ondersteund door het Army Research Office, de National Science Foundation en onderzoekers van de Northwestern University. Het werd gepubliceerd in het tijdschrift Science Robotics.

Deze 3D-geprinte slimme actieve deeltjes kunnen alleen de functie van het flappen van hun twee armen uitvoeren. Het potentieel van deze smarticles verandert wanneer er vijf van hen in een cirkel worden geplaatst. Wanneer ze samen zijn, vormen ze een robofysiek systeem dat een “supersmarticle” wordt genoemd door elkaar aan te stoten. Deze supersmarticle kan vervolgens onafhankelijk bewegen. Als een geluids- of lichtsensor wordt toegevoegd, kan het worden gecontroleerd door stimulus.

Dit nieuwe systeem is nog in zijn kinderschoenen, maar het idee om robots te creëren door kleinere robots te groeperen, heeft een enorm potentieel. Het biedt groepsfunctionaliteiten en kan leiden tot mechanisch gebaseerde controle over kleine robots. De groepering van kleinere robots kan ook leiden tot een nieuwe locomotie.

Dan Goldman is een Dunn Family Professor in de School of Physics aan de Georgia Institute of Technology.

“Dit zijn zeer primitieve robots waarvan het gedrag wordt gedomineerd door mechanica en de wetten van de fysica”, zei hij. “We zijn niet van plan om geavanceerde controle, sensoren en berekening op hen allemaal aan te brengen. Naarmate robots kleiner en kleiner worden, zullen we mechanica en fysica-principes moeten gebruiken om hen te controleren, omdat ze niet het niveau van berekening en sensoren zullen hebben dat we nodig hebben voor conventionele controle.”

Het onderzoek was gebaseerd op de studie van constructiestapels die in een container met verwijderbare zijden werden gegoten. Een voormalige PhD-student en nu een faculteitslid aan de University of California San Diego, Nick Gravish, verwijderde vervolgens de wanden van de container om structuren te creëren die zelfstandig konden staan. Hij realiseerde zich dat mechanische objecten samen konden worden gevoegd om structuren te creëren die veel meer konden doen dan hun individuele componenten.

“Een robot gemaakt van andere primitieve robots werd het visioen”, zei Goldman. “Je kunt je voorstellen dat je een robot maakt waarbij je de geometrische parameters een beetje aanpast en wat eruit komt zijn kwalitatief nieuwe gedragingen.”

Will Savoie, een graduate research assistant, creëerde batterij-aangedreven smarticles van een 3D-printer. Ze hadden motoren, eenvoudige sensoren en enige berekeningskracht. Individueel kunnen de smarticles niet veel doen, maar ze kunnen van locatie veranderen en met elkaar communiceren wanneer ze in een ring worden geplaatst.

“Ook al kan geen enkele robot zelfstandig bewegen, de wolk van kleine robots kan bewegen door zichzelf uit te breiden en samen te trekken”, volgens Goldman. “Als je een ring rond de wolk van kleine robots plaatst, beginnen ze elkaar te duwen en de grotere ring – wat we een supersmarticle noemen – beweegt zich willekeurig.”

De onderzoekers ontdekten ook dat ze de beweging van de robots konden controleren met behulp van fotosensoren. Ze konden de armen stoppen met flappen met een lichtstraal.

“Als je de zaklamp precies goed richt, kun je de robot die je wilt uitschakelen, markeren, en dat zorgt ervoor dat de ring naar of van hem toe beweegt, ook al zijn er geen robots die zijn geprogrammeerd om naar het licht te bewegen”, legde Goldman uit. “Dat stelde ons in staat om de ensemble te sturen op een zeer primitieve, stochastische manier.”

Deze nieuwe ontwikkelingen zullen helpen bij de creatie van swarm robots die bestaan uit meerdere kleinere apparaten. Ze kunnen worden aangepast zodat ze nuttig zijn in een verscheidenheid aan verschillende situaties en toepassingen. Het Amerikaanse leger heeft ook interesse getoond in het nieuwe project, omdat het kan helpen bij het creëren van vorm-veranderende robots die hun modaliteiten en functionaliteiten kunnen veranderen.