Inżynier buduje wielonożne roboty w stadzie

Naukowiec z Uniwersytetu Notre Dame stworzył wielonożne roboty, które mogą poruszać się przez trudne środowiska i wykonywać złożone zadania jako stado.

Badania zostały opublikowane w Science Robotics.

Yasemin Ozkan-Aydin jest adiunktem na wydziale elektrotechniki na uniwersytecie. Jest odpowiedzialna za stworzenie nowego robota.

“Roboty z nogami mogą poruszać się przez trudne środowiska, takie jak nierówny teren i ciasne przestrzenie, a użycie nóg zapewnia skuteczne wspieranie ciała, umożliwia szybkie manewrowanie i ułatwia pokonywanie przeszkód,” powiedziała Ozkan-Aydin. “Jednak roboty z nogami mają unikalne wyzwania mobilności w środowiskach lądowych, co skutkuje obniżoną wydajnością lokomocyjną.”

Poprawa mobilności

Ozkan-Aydin wysunęła hipotezę, że fizyczne połączenie między poszczególnymi robotami może poprawić mobilność lądowego systemu z nogami. Poprzez fizyczne połączenie poszczególnych robotów, aby utworzyć system z wieloma nogami, mogą one wspólnie pokonywać wyzwania lepiej niż pojedynczy robot wykonujący małe zadania.

“Gdy mrówki zbierają lub transportują obiekty, jeśli jedna napotka przeszkodę, grupa współpracuje, aby pokonać tę przeszkodę. Jeśli jest przerwa w ścieżce, na przykład, utworzą most, aby inne mrówki mogły przejechać – i to jest inspiracją dla tego badania,” powiedziała. “Poprzez robotykę możemy lepiej zrozumieć dynamikę i zachowania zbiorowe tych biologicznych systemów i zbadać, jak możemy wykorzystać tę technologię w przyszłości.”

Budowanie robotów

Ozkan-Aydin wykorzystała drukarkę 3D do zbudowania czteronożnych robotów, które mierzą 15 do 20 centymetrów długości. Każdy składa się z baterii litowo-polimerowej, mikrokontrolera i trzech czujników. Jest czujnik światła z przodu i dwa czujniki magnetyczne z przodu i tyłu, co umożliwia im połączenie się ze sobą.

Dzięki dodaniu czterech giętkich nóg roboty nie potrzebują tylu czujników i części, a to pomaga im w interakcji z nierównym lub niegładkim terenem.

“Nie potrzebujesz dodatkowych czujników, aby wykryć przeszkody, ponieważ giętkość w nogach pomaga robotowi poruszać się wokół nich,” powiedziała Ozkan-Aydin. “Mogą one testować przerwy w ścieżce, budując most ze swoich ciał; poruszać się indywidualnie; lub łączyć się, aby poruszać obiektami zbiorowo w różnych typach środowisk, nieodmiennie jak mrówki.”

Roboty zostały przetestowane na różnych powierzchniach, takich jak trawa, ściółka, liście i żołędzie. Eksperymenty na płaskim terenie obejmowały płytę wiórową i schody z pianką izolacyjną, a inne testy obejmowały dywan i prostokątne drewniane bloki.

Jeśli pojedyncza jednostka ugrzęzła, wysłała sygnał do dodatkowych robotów. Te roboty połączyły się, aby wspierać się nawzajem przez przeszkody podczas współpracy.

Według Ozkan-Aydin nowe badania mogą pomóc w zaprojektowaniu tanich robotów z nogami, które mogą dostosować się do nieprzewidzianych sytuacji i wykonywać zadania współpracy, takie jak misje poszukiwawczo-ratunkowe, transport zbiorowy obiektów i eksploracja kosmosu. Teraz skupi się na poprawie sterowania, czujników i możliwości zasilania systemów.

“Dla funkcjonalnych systemów stada technologia baterii musi zostać udoskonalona,” powiedziała. “Potrzebujemy małych baterii, które mogą dostarczyć więcej mocy, idealnie trwających ponad 10 godzin. W przeciwnym razie korzystanie z tego typu systemu w świecie rzeczywistym nie jest zrównoważone.” Dodatkowe ograniczenia obejmują potrzebę więcej czujników i silników o większej mocy – przy jednoczesnym utrzymaniu małego rozmiaru robotów.

“Musisz myśleć o tym, jak roboty będą funkcjonować w świecie rzeczywistym, więc musisz myśleć o tym, ile mocy jest wymagane, jakiego rozmiaru bateria użyjesz. Wszystko jest ograniczone, więc musisz podejmować decyzje dotyczące każdej części maszyny.”