หุ่นยนต์บิดเบี้ยวนำทางเขาวงกตที่ซับซ้อนโดยไม่ต้องใช้มนุษย์หรือซอฟต์แวร์

ทีมนักวิจัยจาก North Carolina State University และ University of Pennsylvania ได้พัฒนาซอฟต์โรบ็อตที่สามารถนำทางในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนโดยปราศจากการแทรกแซงของมนุษย์หรือซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ 

บทความเรื่อง “Twisting for Soft Intelligent Autonomous Robot in Unstructured Environments” ตีพิมพ์ใน กิจการของ National Academy of Sciences. 

แสดงให้เห็นถึงความฉลาดทางร่างกาย

Jie Yin เป็นผู้เขียนบทความวิจัยที่เกี่ยวข้องและเป็นรองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลและการบินและอวกาศที่ NC State

“ซอฟต์โรบ็อตเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงแนวคิดที่เรียกว่า 'ความฉลาดทางกายภาพ' ซึ่งหมายความว่าการออกแบบโครงสร้างและวัสดุอัจฉริยะเป็นสิ่งที่ทำให้ซอฟต์โรบ็อตสามารถนำทางสถานการณ์ต่างๆ ได้ ซึ่งตรงข้ามกับความฉลาดทางการคำนวณ” Yin กล่าว

หุ่นยนต์ที่อ่อนนุ่มถูกสร้างขึ้นด้วยอีลาสโตเมอร์คริสตัลเหลวในรูปของริบบิ้นบิด เมื่อวางผ้าหมึกบนพื้นผิวที่มีอุณหภูมิอย่างน้อย 55 องศาเซลเซียส ส่วนของผ้าหมึกที่สัมผัสกับพื้นผิวจะหดตัว ในขณะเดียวกัน ส่วนของผ้าหมึกที่สัมผัสกับอากาศจะคงเดิม ซึ่งส่งผลให้เกิดการเคลื่อนที่แบบกลิ้ง และเมื่อพื้นผิวอุ่นขึ้น หุ่นยนต์ก็จะยิ่งหมุนเร็วขึ้นเท่านั้น 

“สิ่งนี้เคยทำมาก่อนด้วยแท่งไม้ด้านเรียบ แต่รูปร่างนั้นมีข้อเสียตรงที่ เมื่อมันเจอวัตถุ มันจะหมุนเข้าที่” Yin กล่าว “หุ่นยนต์นุ่มที่เราสร้างขึ้นในรูปทรงริบบิ้นบิดเกลียวนั้นสามารถจัดการกับอุปสรรคเหล่านี้ได้โดยปราศจากการแทรกแซงจากมนุษย์หรือคอมพิวเตอร์”

บรรลุการนำทางโดยไม่ต้องใช้ซอฟต์แวร์

หุ่นยนต์สามารถทำได้สองวิธี เมื่อปลายด้านหนึ่งของริบบิ้นพบกับวัตถุ ริบบิ้นจะหมุนเล็กน้อยเพื่อเคลื่อนที่ไปรอบๆ สิ่งกีดขวาง เมื่อส่วนกลางของหุ่นยนต์พบกับวัตถุ หุ่นยนต์จะ "หัก" ซึ่งเป็นการปลดปล่อยพลังงานการเปลี่ยนรูปที่เก็บไว้อย่างรวดเร็ว ซึ่งทำให้ริบบิ้นกระโดดเล็กน้อยและปรับทิศทางตัวเองใหม่ก่อนที่จะร่อนลง Ribbon สามารถสแนปได้มากกว่าหนึ่งครั้งก่อนที่จะค้นหาการวางแนวที่ถูกต้องซึ่งช่วยให้สามารถจัดการกับสิ่งกีดขวางได้ 

“ในแง่นี้ มันเหมือนกับหุ่นยนต์ดูดฝุ่นที่คนจำนวนมากใช้ในบ้านของพวกเขา” Yin กล่าว “ยกเว้นซอฟต์โรบ็อตที่เราสร้างขึ้นดึงพลังงานจากสภาพแวดล้อมและทำงานโดยไม่ต้องเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ใดๆ”

Yao Zhao เป็นผู้เขียนบทความคนแรกและเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ NC State 

“การทำงาน XNUMX อย่าง ได้แก่ การหมุนและการหัก ซึ่งช่วยให้หุ่นยนต์สามารถต่อรองสิ่งกีดขวางบนทางลาดได้” Zhao กล่าว “การสแน็ปที่ทรงพลังที่สุดจะเกิดขึ้นหากวัตถุแตะตรงกลางริบบิ้น แต่ริบบิ้นจะยังคงหักอยู่หากมีวัตถุแตะริบบิ้นห่างจากจุดศูนย์กลาง เป็นเพียงแรงน้อยลงเท่านั้น และยิ่งคุณอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางมากเท่าไหร่ การสแน็ปก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น จนกระทั่งถึงหนึ่งในห้าของความยาวของริบบอน ซึ่งไม่ทำให้เกิดการขาดเลย”

ทีมนักวิจัยได้ทำการทดลองหลายครั้งเพื่อแสดงให้เห็นว่าหุ่นยนต์ที่มีลักษณะเหมือนริบบิ้นสามารถนำทางในสภาพแวดล้อมต่างๆ ที่มีลักษณะเหมือนเขาวงกตได้อย่างไร พวกเขายังแสดงให้เห็นว่าหุ่นยนต์ซอฟต์จะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมแบบทะเลทราย เนื่องจากพวกมันสามารถปีนและลงทางลาดของทรายที่หลวมได้ 

“สิ่งนี้น่าสนใจและน่าสนุกที่จะดู แต่ที่สำคัญกว่านั้นคือให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับวิธีที่เราสามารถออกแบบซอฟต์โรบ็อตที่สามารถเก็บเกี่ยวพลังงานความร้อนจากสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติและเจรจาต่อรองกับสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนและไม่มีโครงสร้างอย่างอิสระ เช่น ถนนและทะเลทรายที่รุนแรง” หยินพูดว่า

บทความนี้ยังร่วมเขียนโดย NC State Ph.D. นักเรียน Yinding Chi, Yaoye Hong และ Yanbin Li; เช่นเดียวกับ Shu Yang ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ Joseph Bordogna สาขาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมแห่งมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย