วิศวกรสร้างหุ่นยนต์ฝูงชนขาหลายขา

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโนเทรอดามได้พัฒนาหุ่นยนต์ขาหลายขาที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านสภาพแวดล้อมที่ยากลำบากและทำงานที่ซับซ้อนเป็นฝูง

การวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ใน Science Robotics

Yasemin Ozkan-Aydin เป็นรองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าที่มหาวิทยาลัย เธอเป็นผู้รับผิดชอบในการสร้างหุ่นยนต์ใหม่นี้

“หุ่นยนต์ขาหลายขาสามารถเคลื่อนที่ผ่านสภาพแวดล้อมที่ท้าทาย เช่น พื้นที่ขรุขระและพื้นที่แคบ และการใช้ขาหลายขาให้การสนับสนุนร่างกายที่มีประสิทธิภาพ ทำให้สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างรวดเร็วและข้ามอุปสรรคได้” Ozkan-Aydin กล่าว “อย่างไรก็ตาม หุ่นยนต์ขาหลายขาต้องเผชิญกับความท้าทายด้านการเคลื่อนที่ในพื้นที่ภาคพื้นดิน ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพการเคลื่อนที่ลดลง”

การเพิ่มความคล่องตัว

Ozkan-Aydin ได้ทำการทดลองโดยการเชื่อมต่อหุ่นยนต์ขาหลายขาเข้าด้วยกันเพื่อสร้างระบบขาหลายขาที่มีความคล่องตัวสูง โดยการเชื่อมต่อหุ่นยนต์ขาหลายขาเข้าด้วยกันเพื่อสร้างระบบขาหลายขาที่มีความคล่องตัวสูง ทำให้สามารถทำงานได้ดีขึ้นกว่าหุ่นยนต์ขาหลายขาเดี่ยว

“เมื่อมดเก็บหรือขนส่งวัตถุ หากมดหนึ่งติดอุปสรรค ฝูงมดจะทำงานร่วมกันเพื่อเอาชนะอุปสรรคได้ หากมีช่องว่างในเส้นทาง มดจะสร้างสะพานเพื่อให้มดอื่นสามารถข้ามได้ และนี่คือแรงบันดาลใจสำหรับการศึกษานี้” เธอกล่าว “ผ่านการวิจัยหุ่นยนต์ เราสามารถเข้าใจได้ดีขึ้นเกี่ยวกับพลวัตและพฤติกรรมของระบบชีวภาพเหล่านี้ และสำรวจวิธีการที่เราอาจใช้เทคโนโลยีนี้ในอนาคต”

การสร้างหุ่นยนต์

Ozkan-Aydin ใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติในการสร้างหุ่นยนต์ขาหลายขาที่มีขนาด 15-20 เซนติเมตร แต่ละหุ่นยนต์ประกอบด้วยแบตเตอรี่ลิเธียมพอลิเมอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์ และเซ็นเซอร์ 3 ตัว มีเซ็นเซอร์แสงหน้าและเซ็นเซอร์สัมผัสแม่เหล็ก 2 ตัวที่ด้านหน้าและด้านหลัง ซึ่งช่วยให้สามารถเชื่อมต่อกันได้

ด้วยการเพิ่มขาหลายขา หุ่นยนต์ไม่ต้องการเซ็นเซอร์และส่วนประกอบอื่นๆ มากนัก และช่วยให้สามารถโต้ตอบกับสภาพแวดล้อมที่ขรุขระหรือไม่สม่ำเสมอได้

“คุณไม่ต้องการเซ็นเซอร์เพิ่มเติมเพื่อตรวจจับอุปสรรค เพราะ ความยืดหยุ่นของขาช่วยให้หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่ผ่านอุปสรรคได้” Ozkan-Aydin กล่าว “มันสามารถทดสอบช่องว่างในเส้นทาง สร้างสะพานด้วยร่างกายของมันเอง; ย้ายวัตถุเดี่ยวๆ; หรือเชื่อมต่อกันเพื่อย้ายวัตถุในหลายๆ สภาพแวดล้อม ไม่แตกต่างจากมด”

หุ่นยนต์เหล่านี้ได้รับการทดสอบบนพื้นผิวต่างๆ เช่น พื้นหญ้า พืชพันธุ์ไม้ และอื่นๆ การทดสอบบนพื้นราบ включ particle board และบันไดที่มีฉนวน และการทดสอบอื่นๆ รวมถึงพรมและบล็อกไม้ขนาดสี่เหลี่ยม

หากหน่วยหุ่นยนต์เดี่ยวติดอุปสรรค มันจะส่งสัญญาณไปยังหุ่นยนต์อื่นๆ หุ่นยนต์เหล่านั้นจะเชื่อมต่อกันเพื่อสนับสนุนกันและกันผ่านอุปสรรคขณะทำงานร่วมกัน

ตาม Ozkan-Aydin การวิจัยใหม่นี้สามารถช่วยในการออกแบบหุ่นยนต์ขาหลายขาที่มีต้นทุนต่ำซึ่งสามารถปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่ไม่คาดคิดและทำงานร่วมกัน เช่น การค้นหาและช่วยเหลือ การขนส่งวัตถุ และการสำรวจอวกาศ เธอจะเน้นไปที่การปรับปรุงความสามารถในการควบคุม การรับรู้ และพลังงานของระบบเหล่านี้

“สำหรับระบบฝูงหุ่นยนต์ที่ใช้การทำงานร่วมกัน เทคโนโลยีแบตเตอรี่ต้องได้รับการปรับปรุง” เธอกล่าว “เราต้องการแบตเตอรี่ขนาดเล็กที่สามารถให้พลังงานมากขึ้น โดย理想แล้วแบตเตอรี่เหล่านี้ควรใช้งานได้มากกว่า 10 ชั่วโมง หากไม่เช่นนั้นการใช้ระบบนี้ในโลกแห่งความเป็นจริงไม่ใช่เรื่องที่ยั่งยืน” ข้อจำกัดอื่นๆ รวมถึงความต้องการเซ็นเซอร์มากขึ้นและมอเตอร์ที่มีพลังมากขึ้น ในขณะเดียวกันก็รักษาความเล็กของหุ่นยนต์ไว้

“คุณต้องคิดถึงว่าหุ่นยนต์จะทำงานอย่างไรในโลกแห่งความเป็นจริง ดังนั้นคุณจึงต้องคิดถึงพลังงานที่ต้องการ ขนาดของแบตเตอรี่ที่ใช้ ทุกอย่างมีข้อจำกัด ดังนั้นคุณจึงต้องตัดสินใจเกี่ยวกับแต่ละส่วนของเครื่องจักร”