Robot zjadametalu może śledzić ścieżkę metalu bez komputera ani baterii

Niedawno opracowany ‘metal-zjadam’ robot może śledzić ścieżkę metalu bez potrzeby komputera lub baterii. Robot może samodzielnie nawigować w kierunku powierzchni aluminiowych i z dala od zagrożeń dzięki jednostkom zasilającym połączonym z kołami na przeciwległej stronie.

Baterie są jedną z głównych barier w dziedzinie robotyki. Im więcej energii mają, tym większy ciężar. Ten ciężar oznacza, że robot musi również mieć więcej energii, aby się poruszać, a podczas gdy niektóre źródła zasilania, takie jak panele słoneczne, są przydatne w niektórych aplikacjach, potrzebny jest bardziej niezawodny, szybki i zrównoważony sposób.

James Pikul jest asystentem profesora na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Mechaniki Stosowanej w Penn Engineering. Obecnie rozwija nową technologię, opierając się na źródle napięcia kontrolowanym środowiskowo, czyli ECVS, zamiast baterii.

Z ECVS energia jest wytwarzana przez łamanie i tworzenie wiązań chemicznych, a może utrzymać niską wagę, znajdując wiązania chemiczne w środowisku robota. Jednostka ECVS katalizuje reakcję utleniania z otaczającym powietrzem, gdy ma kontakt z powierzchnią metalu, a to jest to, co napędza robota. 

Pikul zainspirował się naturą, konkretnie patrząc, jak zwierzęta tworzą wiązania chemiczne w postaci pokarmu jako źródła energii. Nawet bez „mózgu” te nowe roboty zasilane ECVS również szukają swojego źródła pokarmu.

Nowe badanie zostało opublikowane w Advanced Intelligent Systems. 

Pikul dołączyli do niego członkowie laboratorium Min Wang i Yue Gao, a zespół zademonstrował, jak roboty zasilane ECVS mogą nawigować w środowisku bez potrzeby komputera. Koła lewe i prawe robota są zasilane przez różne jednostki ECVS, a demonstrują podstawowe zdolności nawigacyjne i żerowania, gdy robot automatycznie porusza się w kierunku i „zjada” powierzchnie metalowe.

Badanie nie tylko się zatrzymało, ale także zademonstrowało, jak można osiągnąć bardziej skomplikowane zachowania bez centralnego procesora. Robot może wykonywać różne operacje logiczne w zależności od jego źródła pokarmu, co jest osiągane przez różne przestrzenne i sekwencyjne układy jednostek ECVS.

“Bakterie są w stanie samodzielnie nawigować w kierunku składników odżywczych poprzez proces chemotaksji, w którym czują i reagują na zmiany stężenia chemicznego,” mówi Pikul. “Małe roboty mają podobne ograniczenia, jak mikroorganizmy, ponieważ nie mogą przenosić dużych baterii lub skomplikowanych komputerów, więc chcieliśmy zbadać, jak nasza technologia ECVS może odtworzyć tego rodzaju zachowanie.”

Testowanie robota

Badacze przetestowali nowego robota, umieszczając go na powierzchni aluminiowej, która może zasilać jego jednostki ECVS, a następnie dodali „zagrożenia”, które mogą przerwać kontakt między robotem a metalem. W eksperymentach jednostki ECVS były w stanie poruszać robotem i nawigować go w kierunku źródeł bogatych w energię.

“W pewnym sensie,” mówi Pikul, “są one jak język, ponieważ zarówno czują, jak i pomagają trawić energię.”

Jednym z zagrożeń użytych przez zespół była krzywa ścieżka taśmy izolacyjnej, a poprzez połączenie jednostek ECVS z kołami na przeciwległej stronie, robot mógł samodzielnie śledzić metalową ścieżkę między dwiema liniami taśmy. Na przykład ECVS po prawej stronie straciłby pierwszy zasilanie, gdyby ścieżka skręcała w lewo, co powodowałoby, że lewe koła robota zwalniałyby i oddalałyby się od zagrożenia.

Zespół również użył lepkiego żelu izolacyjnego jako zagrożenia, a robot był w stanie powoli wymazać go, przejeżdżając przez niego. Konstrukcja robota może teraz zostać udoskonalona, gdy badacze dowiadują się, co jednostki ECVS mogą wchłonąć, i mogą być one włączone do konstrukcji robota. 

“Połączenie jednostek ECVS z przeciwnymi silnikami pozwala robotowi unikać powierzchni, których nie lubi,” mówi Pikul. “Ale gdy jednostki ECVS są równoległe do obu silników, działają jak bramka ‘OR’, w tym sensie, że ignorują zmiany chemiczne lub fizyczne, które występują pod jednym źródłem zasilania.”

“Możemy użyć tego rodzaju połączenia, aby dopasować preferencje biologiczne,” mówi. “Jest ważne, aby móc odróżnić środowiska, które są niebezpieczne i muszą być unikane, i te, które są po prostu niewygodne i mogą być przerwane, jeśli jest to konieczne.”

Autonomiczne i bezkomputerowe roboty będą mogły wykonywać bardziej złożone zachowania, gdy technologia ECVS ewoluuje, a otoczenie będzie odgrywać dużą rolę w projekcie ECVS. Na przykład, można by opracować małe roboty, które mogą nawigować w niebezpiecznych i ciasnych środowiskach.

“Jeśli mamy różne ECVS, które są dostrojone do różnych chemii, możemy mieć roboty, które unikają powierzchni, które są niebezpieczne, ale przechodzą przez te, które stoją na przeszkodzie osiągnięcia celu,” mówi Pikul.