Металлоежающий робот может следовать металлическому пути без компьютера или батареи

Недавно разработанный «металлоежающий» робот может следовать металлическому пути без необходимости в компьютере или батарее. 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 больше вес. Этот вес означает, что роботу также необходимо больше энергии для движения, и хотя некоторые источники питания, такие как солнечные панели, полезны в некоторых приложениях, необходим более последовательный, быстрый и устойчивый способ.

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

С помощью ECVS энергия производится путем разрыва и образования химических связей, и она может поддерживать низкий вес, находя химические связи в окружающей среде робота. Блок ECVS вызывает окислительную реакцию с окружающим воздухом при контакте 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 членам 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, поскольку робот автоматически движется в сторону и «ест» металлические поверхности.

Исследование не остановилось там, поскольку оно также продемонстрировало, как можно достичь более сложного поведения без центрального процессора. Робот может выполнять различные логические операции в зависимости от своего источника питания, что достигается за счет различных пространственных и последовательных расположений блоков ECVS.

«Бактерии могут автономно ориентироваться в сторону питательных веществ через процесс, называемый хемотаксисом, где 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 нового робота, 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 чувствуют и помогают переваривать энергию».

Одной из опасностей, использованных командой, была изогнутая полоса изоляционной ленты, и путем подключения блоков ECVS к колесам на противоположной стороне робот смог автономно следовать металлической полосе между двумя линиями ленты. Например, ECVS справа потеряет питание первым, если полоса изогнется влево, что заставит левые колеса робота замедлить движение 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, поскольку исследователи узнают, что может обнаружить ECVS, и это может быть включено в конструкцию.

«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 «ИЛИ»-вентиль, поскольку они игнорируют 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 это необходимо».

Автономные и безкомпьютерные роботы смогут выполнять более сложные поведения по мере эволюции технологии ECVS, и окружающая среда будет играть большую роль в конструкции ECVS. Например, маленькие роботы могли бы быть разработаны для навигации в опасных и тесных средах.

«Если у нас есть разные ECVS, настроенные на разные химические реакции, мы можем иметь роботов, которые избегают поверхностей, которые опасны, но проходят через те, которые стоят на пути к цели», – говорит Пикул.