Скручені Роботи Навігають Складні Лабіринти Без Людей або Програмного Забезпечення

Команда дослідників із Університету Північної Кароліни та Університету Пенсільванії створила м’які робототехнічні пристрої, які можуть навігаціювати у складних середовищах без втручання людини або комп’ютерного програмного забезпечення.

Стаття під назвою “Скручування для м’якого інтелектуального автономного робота в неструктурованих середовищах” була опублікована у виданні Proceedings of the National Academy of Sciences.

Демонстрація Фізичної Інтелектуальності

Джі Єн – відповідальний автор дослідження та асоційований професор механічної та аерокосмічної інженерії в Університеті Північної Кароліни.

“Ці м’які робототехнічні пристрої демонструють концепцію, яку називають ‘фізичною інтелектуальністю’, тобто що конструктивний дизайн та розумні матеріали дозволяють м’якому робототехнічному пристрою навігаціювати у різних ситуаціях, а не обчислювальна інтелектуальність”, – говорить Єн.

М’які робототехнічні пристрої були виготовлені з рідкокристалічних еластомерів у вигляді скрученної стрічки. Коли стрічка розміщується на поверхні, температура якої становить至少 55 градусів Цельсія, частина стрічки, яка торкається поверхні, скорочується. Одночасно частина стрічки, яка перебуває на повітрі, залишається незмінною. Це призводить до руху скрученної стрічки, а чим тепліша поверхня, тим швидше рухається робот.

“Це було зроблено раніше з гладкими стержнями, але така форма має недолік – коли вона зустрічає перешкоду, вона просто обертається на місці”, – говорить Єн. “М’який робототехнічний пристрій, який ми створили у вигляді скрученної стрічки, здатний переміщатися навколо перешкод без будь-якого втручання людини чи комп’ютера”.

Досягнення Навігації Без Програмного Забезпечення

Робототехнічний пристрій здатний виконувати це двома способами. Коли один кінець стрічки зустрічає перешкоду, він трохи обертається, щоб обійти перешкоду. Коли центральна частина робота зустрічає перешкоду, вона “стрибає”, тобто відбувається швидке вивільнення збереженої деформаційної енергії, яке викликає стрибок стрічки та її переорієнтацію перед приземленням. Стрічка здатна стрибати більше одного разу, перш ніж знайти правильну орієнтацію, яка дозволяє їй обійти перешкоду.

“У цьому сенсі це дуже схоже на роботизовані пристрої для очищення, які багато людей використовують у своїх будинках”, – говорить Єн. “Окрім того, м’який робототехнічний пристрій, який ми створили, отримує енергію з навколишнього середовища та працює без будь-якого комп’ютерного програмного забезпечення”.

Яо Чжао – перший автор статті та постдокторант Університету Північної Кароліни.

“Дві дії, обертання та стрибок, які дозволяють робототехнічному пристрою обійти перешкоди, відбуваються за градієнтом”, – говорить Чжао. “Найпотужніший стрибок відбувається, якщо об’єкт торкається центру стрічки. Але стрічка все одно стрибає, якщо об’єкт торкається стрічки поза центром, тільки стрибок менш потужний. І чим далі від центру, тим менш виразний стрибок, поки не досягне останньої п’ятої частини довжини стрічки, яка не викликає стрибка зовсім”.

Команда дослідників провела численні експерименти, які демонструють, як стрічкоподібний робототехнічний пристрій може навігаціювати у різних лабіринтоподібних середовищах. Вони також продемонстрували, що м’які робототехнічні пристрої будуть ефективно працювати у пустельних середовищах, оскільки вони можуть підійматися та спускатися по схилах рихлого піску.

“Це цікаво, і весело дивитися, але що найважливіше, це надає нові знання про те, як ми можемо проектувати м’які робототехнічні пристрої, які здатні видобувати теплову енергію з природних середовищ та автономно переміщатися у складних, неструктурованих середовищах, таких як дороги та суворі пустелі” Єн говорить.

Стаття також була написана докторантами Університету Північної Кароліни Їндіном Чи, Яоє Хонг та Янбіном Лі, а також Шу Янґом, який є професором матеріалознавства та інженерії Університету Пенсільванії.