Инженер создал многоногие роботизированные рои

Исследователь Университета Нотр-Дам разработал многоногие роботы, которые могут маневрировать в трудных средах и выполнять сложные задачи как рой.

Исследование было опубликовано в Science Robotics.

Ясемин Озкан-Айдин – ассистент профессора электротехники в университете. Она является создателем нового робота.

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

Улучшение подвижности

Озкан-Айдин выдвинула гипотезу, что физическая связь между отдельными роботами может улучшить подвижность наземной системы с ногами. Создавая физические связи между отдельными роботами, чтобы образовать многоногую систему, они могут коллективно преодолевать препятствия лучше, чем один 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 зазор, например, они образуют мост, чтобы другие муравьи могли пересечь его – 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-полимерной батареи, микроконтроллера и трех датчиков. В передней части находится световой датчик, а в передней и задней частях – два магнитных датчика касания, что позволяет им соединяться друг с другом.

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

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

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

Если отдельная единица застревала, она отправляла сигнал дополнительным роботам. Эти роботы затем соединялись, чтобы поддерживать друг друга через препятствия, работая коллективно.

По словам Озкан-Айдин, новое исследование может помочь в разработке низкозатратных ногих роев, которые могут адаптироваться к непредвиденным ситуациям и выполнять кооперативные задачи, такие как поисково-спасательные миссии, коллективная транспортировка объектов и космические исследования. Теперь она сосредоточится на улучшении управления, датчиков и мощности систем.

“Для функциональных роев систем технология батарей должна быть улучшена”, – сказала она. “Нам нужны небольшие батареи, которые могут обеспечить больше мощности, желательно работающие более 10 часов. В противном случае использование этой 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.”