Wetenschappers ontwikkelen nieuwe formule voor energie-efficiënte robots

Legerwetenschappers hebben een nieuwe formule ontwikkeld die nieuwe inzichten biedt in hoe een energie-efficiënte robot met benen gebouwd kan worden.

Het artikel is gepubliceerd in PLOS One. 

Verandering in de ontwikkeling van legervoertuigen

Het U.S. Army Combat Capabilities Development Command, of DEVCOM, samen met de Army Research Laboratory’s Drs. Alexander Kott, Sean Gart en Jason Pusey, komen met nieuwe ideeën voor het bouwen van autonome militaire robotplatforms met benen. Het team richt zich op het maken van deze systemen zo efficiënt als andere mobiele grondsystemen. 

Het gebruik van dergelijke systemen kan de ontwikkeling van legervoertuigen veranderen, en volgens de wetenschappers weten ze nog niet waarom leg-, wielen- en spoorwegsystemen dezelfde curve volgen, maar de nieuwe bevindingen zijn een stap vooruit.

“Als voertuigontwikkelaars een bepaald ontwerp vinden dat meer vermogen vereist dan momenteel mogelijk is vanwege een reeks real-worldbeperkingen, kan de nieuwe formule specifieke behoeften aan verbeterde vermogenstransmissie en -generatie aangeven, of de massa- en snelheidsvereisten van het voertuig opnieuw beoordelen,” zei Gart.

Ontwikkeling van de nieuwe formule

De wetenschappers werden geïnspireerd door een formule uit de jaren tachtig die de relatie tussen de massa, snelheid en energieverbruik van dieren aantoont, en zij ontwikkelden een nieuwe formule die kan worden toegepast op een breed scala aan systemen met benen, wielen en sporen, zoals grondrobots.

Het team denkt dat ze de eerste zijn die de relaties die uit deze gegevens voortkomen, hebben samengesteld en bestudeerd, ondanks dat deze gegevens al 30 jaar beschikbaar zijn. De bevindingen tonen aan dat systemen met benen even efficiënt zijn als wielen- en spoorwegsystemen.

Kott is de hoofdwetenschapper van het laboratorium. 

“In de wereld van onbemande gevechtsluchtvaartuigen en intelligente munitie is er een groeiende rol voor infanterie die te voet kan opereren, vaak gedurende meerdere dagen, en aanvallen in het meest beboste terrein, zoals bergen, dichte bossen en stedelijke omgevingen,” zei Kott. “Dat komt omdat dergelijk terrein de beste dekking en camouflage biedt tegen onbemande luchtvaartuigen. Dat vereist op zijn beurt dat infanterie wordt ondersteund door voertuigen die gemakkelijk in dergelijk gebroken terrein kunnen bewegen. Voertuigen met benen – mogelijk autonoom – zouden zeer behulpzaam zijn.”

Energie-efficiëntie

Volgens Kott is een van de problemen met robots met benen dat ze blijkbaar een slechte energie-efficiëntie hebben, en dit kan de samenwerking met soldaten beperken. 

“Gedurende de afgelopen 30 jaar hebben Amerikaanse militaire wetenschappers een aantal uitdagingen aangepakt bij de ontwikkeling van autonome voertuigen,” zei Kott. “Grondvoertuigen die op wielen of sporen manoeuvreren, en luchtvaartuigen die op kleine vliegtuigen lijken, die we vaste vleugels noemen, en kleine helikopters, die we rotatievleugels noemen, zijn nu stiller en gemakkelijker te integreren in troepenformaties. Maar voor platforms met benen blijven veel hindernissen onoverkomelijk, en een van de grootste is het maken ervan energie-efficiënt.”

Soldaten kunnen zich geen brandstof of batterijen voor “energie-dorstige robots met benen” veroorloven, zei hij.

Met de nieuwe formule ontdekte het team dat door de mens gemaakte platforms met benen even efficiënt zouden moeten zijn als wielen- en spoorwegsystemen. 

Het team verzamelde gegevens over diverse mobiele grondsystemen en bestudeerde gecombineerde systemen zoals de Ford Model T. 

Volgens Gart zal het onderzoek ontwerpers helpen om afwegingen te maken tussen vermogen, snelheid en massa voor toekomstige terrestrische robots voor defensiedoeleinden. 

De formule kan ook de hoeveelheid vermogen die door een voertuig wordt vereist, benaderen.

“Het leger moet haalbare maar ambitieuze doelen stellen voor de afwegingen tussen vermogen, snelheid en massa van toekomstige terrestrische robots,” zei Kott. “Het is niet wenselijk om dergelijke doelen te baseren op de huidige ervaring, omdat militaire hardware vaak wordt ontwikkeld en gebruikt voor meerdere jaren en zelfs decennia; daarom moeten de specificaties en ontwerpers van dergelijke hardware hun doelen – concurrerend maar haalbaar – baseren op toekomstige technologische kansen die niet noodzakelijkerwijs volledig worden begrepen op het moment van ontwerp.”