Металлоядный робот может следовать металлическому пути без компьютера или батареи

Недавно разработанный «металлоядный» робот может следовать металлическому пути без необходимости компьютера или батареи. Робот может автономно ориентироваться в сторону алюминиевых поверхностей и избегать опасностей благодаря тому, что блоки питания подключены к колесам на противоположной стороне.

Батареи являются одним из основных препятствий в области робототехники. Чем больше энергии они имеют, тем тяжелее они становятся. Этот вес означает, что роботу также необходимо больше энергии для движения, и хотя некоторые источники питания, такие как солнечные панели, полезны в некоторых приложениях, необходимо найти более последовательный, быстрый и устойчивый способ.

Джеймс Пикул является помощником профессора в департаменте механической инженерии и прикладной механики Университета Пенсильвании. В настоящее время он разрабатывает новую технологию, полагаясь на источник напряжения, контролируемый окружающей средой, или ECVS, вместо батареи.

Используя ECVS, энергия производится путем разрыва и образования химических связей, и она может сохранять вес, находя химические связи в окружающей среде робота. Блок ECVS катализирует окислительную реакцию с окружающим воздухом, когда он соприкасается с металлической поверхностью, и это то, что питает робота.

Пикул черпал вдохновение из природы, в частности, изучая, как животные создают химические связи в виде пищи в качестве источника питания. Даже без «мозга» эти новые роботы, работающие на ECVS, также ищут свой источник питания.

Новое исследование было опубликовано в Advanced Intelligent Systems.

Пикул был присоединен к лаборатории Мин Ван и Юэ Гао, и команда продемонстрировала, как роботы, работающие на ECVS, могут ориентироваться в окружающей среде без необходимости компьютера. Левые и правые колеса робота запитаны от разных блоков ECVS, и они демонстрируют базовые навигационные и поисковые способности, когда робот автоматически движется в сторону и «ест» металлические поверхности.

Исследование не только остановилось на этом, но также продемонстрировало, как можно достичь более сложного поведения без центрального процессора. Робот может выполнять различные логические операции в зависимости от источника питания, что достигается путем различных пространственных и последовательных расположений блоков ECVS.

«Бактерии способны автономно ориентироваться в сторону питательных веществ через процесс, называемый хемотаксисом, когда они чувствуют и реагируют на изменения химических концентраций», – говорит Пикул. «Маленькие роботы имеют подобные ограничения, как микроорганизмы, поскольку они не могут нести большие батареи или сложные компьютеры, поэтому мы хотели изучить, как наша технология ECVS может повторить такое поведение».

Тестирование робота

Исследователи протестировали новый робот, поместив его на алюминиевую поверхность, которая может запитать блоки ECVS, и они затем добавили «опасности», которые бы нарушили контакт между роботом и металлом. В экспериментах блоки ECVS смогли переместить робота и ориентировать его в сторону источников энергии.

«В некотором смысле», – говорит Пикул, – «они похожи на язык, поскольку они оба чувствуют и помогают переваривать энергию».

Одной из опасностей, использованных командой, была изогнутая полоса изоляционной ленты, и подключив блоки ECVS к колесам на противоположной стороне, робот смог автономно следовать металлической полосе между двумя линиями ленты. Например, блок ECVS справа потеряет питание первым, если полоса изогнется влево, что заставит левые колеса робота замедлиться и отойти от опасности.

Команда также использовала вязкую изоляционную гель как опасность, и робот смог медленно стереть ее, проехав по ней. Конструкция робота теперь может быть улучшена, когда исследователи узнают, что блоки ECVS могут обнаружить, и эти данные могут быть включены в конструкцию робота.

«Подключение блоков ECVS к противоположным двигателям позволяет роботу избегать поверхностей, которые ему не нравятся», – говорит Пикул. – «Но когда блоки ECVS подключены параллельно к обоим двигателям, они работают как логические «ИЛИ»-вентили, игнорируя химические или физические изменения, которые происходят под одним источником питания».

«Мы можем использовать этот тип подключения, чтобы соответствовать биологическим предпочтениям», – говорит он. – «Важно уметь различать среды, которые опасны и должны быть избегаемы, и те, которые просто неудобны и могут быть пройдены, если необходимо».

Автономные и бескомпьютерные роботы смогут выполнять более сложные поведения, когда технология ECVS будет развиваться, и окружающая среда будет играть большую роль в конструкции ECVS. Например, маленькие роботы могут быть разработаны для навигации в опасных и тесных средах.

«Если у нас есть разные блоки ECVS, настроенные на разные химии, мы можем иметь роботов, которые избегают поверхностей, опасных для них, но прорываются через те, которые стоят на пути к цели», – говорит Пикул.