Металоїдний робот може слідувати за металевим шляхом без комп’ютера або батареї

Недавно розроблений «металоїдний» робот може слідувати за металевим шляхом без потреби в комп’ютері або батареї. Робот може автономно рухатися до поверхонь з алюмінієм і уникати небезпек завдяки тому, що джерела живлення підключені до коліс на протилежній стороні.

Батареї є одним із основних бар’єрів у сфері робототехніки. Чим більше енергії вони мають, тим більша вага. Ця вага означає, що робот повинен мати ще більше енергії, щоб рухатися, і хоча деякі джерела енергії, такі як сонячні панелі, можуть бути корисними в деяких застосуваннях, потрібно знайти більш стабільний, швидкий і сталий спосіб.

Джеймс Пікул є помічником професора в департаменті механічної інженерії та прикладної механіки Пеннського університету. Він зараз розробляє нову технологію, використовуючи джерело напруги, контрольоване середовищем, або ECVS, замість батареї.

З ECVS енергія виробляється шляхом розриву та формування хімічних зв’язків, і вона能够 giữвати вагу низькою, знаходячи хімічні зв’язки в середовищі робота. Блок ECVS каталізує окиснювальну реакцію з навколишнім повітрям, коли він вступає в контакт з металевою поверхнею, і це те, що живить робота.

Пікул черпав натхнення з природи, зокрема, дивлячись, як тварини утворюють хімічні зв’язки у вигляді їжі як джерела енергії. Навіть без «мозку» ці нові роботизовані системи ECVS також шукають свій «їжу».

Нове дослідження було опубліковано в Advanced Intelligent Systems.

Пікул був приєднаний до лабораторії членами Мін Ванґ і Юе Гао, і команда продемонструвала, як роботизовані системи ECVS можуть рухатися в середовищі без потреби в комп’ютері. Ліве і праве колеса робота живляться різними блоками ECVS, і вони демонструють базові навигаційні та пошукові здібності, коли робот автоматично рухається до і «їсть» металеві поверхні.

Дослідження не зупинилося там, оскільки воно також продемонструвало, як можна досягти більш складної поведінки без центрального процесора. Робот може виконувати різні логічні операції залежно від джерела його «їжі», що досягається шляхом різного просторового та послідовного розташування блоків ECVS.

“Бактерії можуть автономно рухатися до поживних речовин через процес, званий хемотаксисом, коли вони відчувають і реагують на зміни концентрації хімічних речовин”, каже Пікул. “Малі роботизовані системи мають подібні обмеження, як і мікроорганізми, оскільки вони не можуть нести великі батареї або складні комп’ютери, тому ми хотіли дослідити, як наша технологія ECVS може відтворити такий тип поведінки”.

Тестування робота

Дослідники протестували нового робота, розмістивши його на поверхні з алюмінієм, яка може живити блоки ECVS, і вони потім додали «небезпеки», які б перервали контакт між роботом і металом. В експериментах блоки ECVS могли рухати робота і направляти його до джерел енергії.

“У деякому сенсі”, каже Пікул, “вони схожі на язик, оскільки вони і відчувають, і допомагають перетравлювати енергію”.

Одним із небезпек, використаних командою, була крива доріжка із ізоляційного скотчу, і підключивши блоки ECVS до коліс на протилежній стороні, робот міг автономно слідувати за металевим шляхом між двома лініями скотчу. Наприклад, блок ECVS праворуч втратив би живлення першім, якщо доріжка повернула б ліворуч, що призвело б до того, що ліве колесо робота сповільнилося б і рухалося б від небезпеки.

Команда також використала в’язку ізоляційну гель як небезпеку, і робот міг повільно витирати її, рухаючись над нею. Дизайн робота тепер можна покращити, оскільки дослідники дізнаються, що блоки ECVS можуть виявляти, і ці знання можна включити в дизайн робота.

“Підключення блоків ECVS до протилежних моторів дозволяє роботові уникати поверхонь, які йому не подобаються”, каже Пікул. “Але коли блоки ECVS підключені паралельно до обох моторів, вони працюють як логічний оператор ‘OR’, тобто вони ігнорують хімічні або фізичні зміни, які відбуваються під одним джерелом живлення”.

“Ми можемо використовувати такий тип підключення, щоб відповідати біологічним перевагам”, каже він. “Важливо能够 розрізняти середовища, які небезпечні і повинні бути уникнуті, і ті, які просто незручні і можуть бути пройдені, якщо це необхідно”.

Автономні і безкомп’ютерні роботизовані системи зможуть виконувати більш складні поведінки, коли технологія ECVS розвиватиметься, і навколишнє середовище буде відігравати велику роль у дизайні ECVS. Наприклад, можна розробити малі роботизовані системи, які зможуть рухатися в небезпечних і тісних середовищах.

“Якщо у нас будуть різні блоки ECVS, налаштовані на різні хімічні речовини, ми зможемо створити роботизовані системи, які уникатимуть поверхонь, які небезпечні, але будуть рухатися через ті, які стоять на шляху до мети”, каже Пікул.