Forskere bygger robot av flere mindre 3D-utskrevne enheter

Forskere fra Georgia Institute of Technology har bygget en robot som består helt av mindre enheter kjent som “smarticles”. Denne nye lokomosjonsteknikken utfordrer den konvensjonelle måten å lage roboter av motorer, batterier, aktuatorer, kroppsdeler, ben og hjul.

Den nye forskningen ble støttet av Army Research Office, National Science Foundation og forskere fra Northwestern University. Den ble publisert i tidsskriftet Science Robotics.

Disse 3D-utskrevne smarte aktive partiklene kan bare utføre funksjonen å flappe med sine to armer. Potensialet til disse smarticlene endres hver gang det er fem av dem innestengt i en sirkel. Når de er sammen, danner de et robofysisk system kalt et “supersmarticle” ved å dytte hverandre. Dette supersmarticlet kan da bevege seg uavhengig. Hvis en lyd- eller lysensor legges til, kan det da kontrolleres gjennom stimulus.

Dette nye systemet er fortsatt i sin barndom, men ideen om å lage roboter ved å gruppere sammen mindre enheter har enormt potensial. Det gir gruppeegenskaper, og det kan føre til mekanisk basert kontroll over små roboter. Gruppering av mindre roboter kan også føre til en ny lokomosjon.

Dan Goldman er en Dunn Family Professor i School of Physics ved Georgia Institute of Technology.

“Disse er svært rudimentære roboter hvis atferd er dominert av mekanikk og fysikkens lover,” sa han. “Vi ser ikke for å legge sofistikert kontroll, sansning og beregning på dem alle. Ettersom roboter blir mindre og mindre, må vi bruke mekanikk og fysikkprinsipper til å kontrollere dem fordi de ikke vil ha det nivået av beregning og sansning vi trenger for konvensjonell kontroll.”

Forskningen ble bygget på studiet av byggeklammer som ble helt inn i en beholder med avtagbare sider. En tidligere PhD-student og nå en ansatt ved University of California San Diego, Nick Gravish, fjernet da beholdernes vegger for å skape strukturer som kunne stå alene. Han innsett at mekaniske objekter kunne settes sammen for å skape strukturer som kunne gjøre mye mer enn deres enkelte komponenter.

“En robot laget av andre rudimentære roboter ble visjonen,” sa Goldman. “Du kunne forestille deg å lage en robot hvor du kunne justere dens geometriske parametre litt og hva som kommer frem er kvalitativt nye atferd.”

Will Savoie, en graduate research assistant, lagde batteridrevne smarticles fra en 3D-printer. De hadde motorer, enkle sansere og noe beregningskraft. Individuelt kan smarticlene ikke gjøre mye, men de kan endre posisjon og interagere med hverandre når de plasseres i en ring.

“Selv om ingen enkelt robot kunne bevege seg på egen hånd, kunne skyen av små roboter bevege seg når den presset seg fra hverandre og trekke seg sammen når den trakk seg sammen,” ifølge Goldman. “Hvis du plasserer en ring rundt skyen av små roboter, begynner de å sparke hverandre rundt og den større ringen – det vi kaller et supersmarticle – beveger seg tilfeldig.”

Forskerne lærte også at de kunne kontrollere bevegelsen til robotene ved å bruke fotosensorer. De kunne stoppe armene fra å flappe med en lysstråle.

“Hvis du vinkler lommelykten rett, kan du høydepunkte roboten du ønsker å være inaktiv, og det får ringen til å svinge mot eller vekk fra den, selv om ingen roboter er programmert til å bevege seg mot lyset,” forklarte Goldman. “Det tillot styring av ensemblet på en svært rudimentær, stokastisk måte.”

Disse nye utviklingene vil hjelpe i skapelsen av swarm-roboter som består av flere mindre enheter. De kunne endres slik at de er nyttige i en rekke forskjellige situasjoner og applikasjoner. Den amerikanske hæren har også tatt interesse i det nye prosjektet siden det kunne hjelpe med å skape form-forandrende roboter som kan endre sine modi og funksjoner.