Forskare bygger robot från flera 3D-utskrivna mindre

Forskare från Georgia Institute of Technology har byggt en robot som helt består av mindre robotar som kallas "smarticles". Denna nya förflyttningsteknik utmanar det konventionella sättet att skapa robotar från motorer, batterier, ställdon, kroppssegment, ben och hjul. 

Den nya forskningen stöddes av Army Research Office, National Science Foundation och forskare från Northwestern University. Det publicerades i tidskriften Vetenskapsrobotik. 

Dessa 3D-printade smarta aktiva partiklar kan bara utföra funktionen att flaxa med sina två armar. Potentialen hos dessa smartiklar förändras närhelst det finns fem av dem instängda i en cirkel. När de är tillsammans bildar de ett robofysiskt system som kallas en "supermarticle" genom att knuffa till varandra. Denna supersdmarticle kan sedan röra sig självständigt. Om en ljud- eller ljussensor läggs till kan den sedan styras genom stimulans. 

Det här nya systemet är fortfarande i sin linda, men idén att skapa robotar från att gruppera ihop mindre har en enorm potential. Det ger gruppkapacitet, och det kan leda till mekaniskt baserad kontroll över små robotar. Grupperingen av mindre robotar kan också leda till en ny rörelse.

Dan Goldman är Dunn Family Professor vid School of Physics vid Georgia Institute of Technology. 

"Det här är väldigt rudimentära robotar vars beteende domineras av mekanik och fysikens lagar," sa han. "Vi är inte ute efter att lägga sofistikerad kontroll, avkänning och beräkning på dem alla. När robotar blir mindre och mindre, måste vi använda mekanik och fysikprinciper för att kontrollera dem eftersom de inte kommer att ha den nivå av beräkning och avkänning som vi skulle behöva för konventionell kontroll.”

Forskningen byggde på studiet av konstruktionsklammer som hälldes i en behållare med avtagbara sidor. En före detta doktorand och nu fakultetsmedlem vid University of California San Diego, Nick Gravish, tog sedan bort containerns väggar för att skapa strukturer som kunde stå ensamma. Han insåg att mekaniska föremål kunde sättas ihop för att skapa strukturer som kunde göra mycket mer än deras individuella komponenter. 

"En robot gjord av andra rudimentära robotar blev visionen," sa Goldman. "Du skulle kunna tänka dig att göra en robot där du skulle justera dess geometriska parametrar lite och det som dyker upp är kvalitativt nya beteenden."

Will Savoie, en forskarassistent, skapade batteridrivna smarticles från en 3D-skrivare. De hade motorer, enkla sensorer och lite datorkraft. Individuellt kan inte smartiklarna göra mycket, men de kan byta plats och interagera med varandra när de sätts i en ring. 

"Även om ingen enskild robot kunde röra sig på egen hand, kunde molnet som består av flera robotar röra sig när det tryckte sig isär och krympa när det drog sig samman", enligt Goldman. "Om du sätter en ring runt molnet av små robotar, börjar de sparka runt varandra och den större ringen - vad vi kallar en supersmarticle - rör sig slumpmässigt."

Forskarna fick också veta att de kunde styra robotarnas rörelse genom att använda fotosensorer. De kunde hindra armarna från att flaxa med en ljusstråle. 

"Om du vinklar ficklampan precis rätt kan du markera roboten du vill ska vara inaktiv, och det får ringen att slingra mot eller bort från den, även om inga robotar är programmerade att röra sig mot ljuset", förklarade Goldman. "Det gjorde det möjligt att styra ensemblen på ett mycket rudimentärt, stokastiskt sätt."

Dessa nya utvecklingar kommer att hjälpa till att skapa svärmrobotar som består av flera mindre enheter. De kan ändras så att de är användbara i en mängd olika situationer och tillämpningar. Den amerikanska armén har också intresserat sig för det nya projektet eftersom det kan hjälpa till att skapa formförändrande robotar som kan ändra deras modaliteter och funktioner.