Forskare bygger robot av flera mindre 3D-utskrivna enheter

Forskare från Georgia Institute of Technology har byggt en robot som består helt av mindre enheter som kallas “smarticles”. Denna nya rörelseteknik utmanar den traditionella metoden för att skapa robotar av motorer, batterier, aktuatorer, kroppssektioner, ben och hjul.

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

Dessa 3D-utskrivna smarta aktiva partiklar kan bara utföra funktionen att flaxa med sina två armar. Potentialen för dessa smarticles förändras när det finns fem av dem instängda i en cirkel. När de är tillsammans bildar de ett robofysiskt system som kallas ett “supersmarticle” genom att stöta emot varandra. Detta supersmarticle kan sedan röra sig oberoende. Om en ljud- eller ljussensor läggs till kan det sedan kontrolleras genom stimulus.

Detta nya system är fortfarande i sin linda, men idén att skapa robotar genom att gruppera mindre enheter har enorm potential. Det ger gruppens förmågor och kan leda till mekaniskt baserad kontroll över små robotar. Gruppering av mindre robotar kan också leda till en ny rörelse.

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

“Dessa är mycket rudimentära robotar vars beteende domineras av mekanik och fysikens lagar”, sa han. “Vi letar inte efter att lägga till avancerad kontroll, känslighet och beräkning på dem alla. När robotarna 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 känslighet som vi behöver för konventionell kontroll.”

Forskningen byggdes på en studie av byggnadsstaplar som hälldes i en behållare med avtagbara sidor. En tidigare PhD-student och nu en fakultetsmedlem vid University of California San Diego, Nick Gravish, tog sedan bort behållarens väggar för att skapa strukturer som kunde stå ensamma. Han insåg att mekaniska föremål kunde sättas samman för att skapa strukturer som kunde göra mycket mer än deras enskilda komponenter.

“En robot gjord av andra rudimentära robotar blev visionen”, sa Goldman. “Du kan föreställa dig att skapa en robot där du skulle justera dess geometriska parametrar lite och vad som kommer fram är kvalitativt nya beteenden.”

Will Savoie, en graduate research assistant, skapade batteridrivna smarticles från en 3D-skrivare. De hade motorer, enkla sensorer och någon beräkningskraft. Individuellt kan smarticles inte göra mycket, men de kan ändra plats och interagera med varandra när de placeras i en ring.

“Även om ingen enskild robot kunde röra sig på egen hand, kunde molnet bestående av flera robotar röra sig när de tryckte sig isär och krympa när de drog sig samman”, enligt Goldman. “Om du placerar en ring runt molnet av små robotar, börjar de sparka varandra runt och den större ringen – vad vi kallar ett supersmarticle – rör sig slumpmässigt.”

Forskarna lärde sig också att de kunde kontrollera rörelsen av robotarna med hjälp av fotosensorer. De kunde stoppa armarna från att flaxa med en ljusstråle.

“Om du vinklar ficklampen rätt, kan du belysa den robot du vill vara inaktiv, och det får ringen att röra sig mot eller bort från den, även om inga robotar är programmerade att röra sig mot ljuset”, förklarade Goldman. “Det tillät styrning av ensemblen på ett mycket rudimentärt, stokastiskt sätt.”

Dessa nya utvecklingar kommer att hjälpa till att skapa swarmrobotar 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 tagit ett intresse för det nya projektet eftersom det kan hjälpa till att skapa formförändrande robotar som kan ändra sina modaliteter och funktioner.