Инженер разрабатывает многоногие роботы-стайки

Исследователь в Университете Нотр-Дам разработал многоногие роботы, которые могут маневрировать в трудных условиях и выполнять сложные задачи как стайка.

Исследование было опубликовано в Science Robotics.

Ясемин Озкан-Айдин является доцентом электротехники в университете. Она является создателем нового робота.

“Роботы с ногами могут ориентироваться в сложных условиях, таких как неровная местность и узкие пространства, и использование конечностей обеспечивает эффективную поддержку тела, позволяет быстро маневрировать и преодолевать препятствия”, – сказала Озкан-Айдин. “Однако роботы с ногами сталкиваются с уникальными проблемами подвижности в наземных условиях, что приводит к снижению локомоторной производительности.”

Улучшение подвижности

Озкан-Айдин выдвинула гипотезу, что физическое соединение между отдельными роботами может повысить подвижность наземной системы с ногами. Соединяя отдельные роботы друг с другом, чтобы образовать многоногую систему, они могут коллективно преодолевать препятствия лучше, чем один отдельный робот, выполняющий небольшие задачи.

“Когда муравьи собирают или перевозят объекты, если один из них встречает препятствие, группа работает коллективно, чтобы преодолеть это препятствие. Если на пути есть пробел, например, они образуют мост, чтобы другие муравьи могли перейти – и это является вдохновением для этого исследования”, – сказала она. “Благодаря робототехнике мы можем лучше понять динамику и коллективное поведение этих биологических систем и исследовать, как мы можем использовать эту технологию в будущем.”

Создание роботов

Озкан-Айдин использовала 3D-принтер для создания четырехногих роботов, длиной 15-20 сантиметров. Каждый из них состоит из литий-полимерного аккумулятора, микроконтроллера и трех датчиков. В передней части есть световой датчик и два магнитных тактильных датчика в передней и задней частях, что позволяет им соединяться друг с другом.

Благодаря добавлению четырех гибких ног, роботы не нуждаются в таком количестве датчиков и деталей, и это помогает им взаимодействовать с неровной или пересеченной местностью.

“Вам не нужны дополнительные датчики для обнаружения препятствий, потому что гибкость в ногах помогает роботу проходить мимо них”, – сказала Озкан-Айдин. “Они могут проверять наличие пробелов в пути, создавая мост с помощью своих тел; перемещать объекты индивидуально; или соединяться, чтобы перемещать объекты коллективно в различных типах сред, не отличающихся от муравьев.”

Роботы были протестированы на различных поверхностях, таких как трава, мульча, листья и желуди. Эксперименты на ровной поверхности включали фанеру и лестницу с изоляционным пенопластом, а другие тесты включали шероховатый ковёр и прямоугольные деревянные блоки.

Если отдельная единица застревала, она отправляла сигнал дополнительным роботам. Эти роботы затем соединялись друг с другом, чтобы поддерживать друг друга при преодолении препятствий, работая совместно.

По словам Озкан-Айдин, новое исследование может помочь в разработке низкозатратных многоногих стай, которые могут адаптироваться к непредвиденным ситуациям и выполнять кооперативные задачи, такие как поисково-спасательные миссии, коллективная транспортировка объектов и космическое исследование. Она теперь сосредоточится на улучшении управления, датчиков и энергетических возможностей систем.

“Для функциональных стайных систем необходима улучшенная технология батарей”, – сказала она. “Нам нужны небольшие батареи, которые могут обеспечить больше мощности, желательно более 10 часов. В противном случае использование такого типа системы в реальном мире не является устойчивым.” Дополнительные ограничения включают необходимость более датчиков и более мощных двигателей – при сохранении небольшого размера роботов.

“Вам нужно думать о том, как роботы будут функционировать в реальном мире, поэтому вам нужно думать о том, сколько мощности требуется, размере батареи, которую вы используете. Все ограничено, поэтому вам нужно принимать решения с каждой частью машины.”