Kỹ sư Xây dựng Robot Đàn Côn Trùng Đa Chân

Một nhà nghiên cứu tại Đại học Notre Dame đã phát triển các robot đa chân có thể di chuyển qua các môi trường khó khăn và hoàn thành các nhiệm vụ phức tạp như một đàn.

Nghiên cứu này được công bố trên Tạp chí Robotics Khoa học.

Yasemin Ozkan-Aydin là giáo sư trợ lý về kỹ thuật điện tại trường đại học. Cô là người chịu trách nhiệm tạo ra robot mới.

“Các robot chân có thể di chuyển qua các môi trường khó khăn như địa hình gồ ghề và không gian hẹp, và việc sử dụng chân cung cấp hỗ trợ cơ thể hiệu quả, cho phép khả năng di chuyển nhanh và vượt qua chướng ngại vật,” Ozkan-Aydin nói. “Tuy nhiên, các robot chân phải đối mặt với các thách thức về khả năng di chuyển trên đất liền, dẫn đến hiệu suất di chuyển giảm.”

Cải thiện Khả năng Di chuyển

Ozkan-Aydin đưa ra giả thuyết rằng một kết nối vật lý giữa các robot cá nhân có thể cải thiện khả năng di chuyển của hệ thống chân đa chân trên đất liền. Bằng cách kết nối vật lý các robot cá nhân với nhau để tạo thành một hệ thống đa chân, chúng có thể vượt qua các thách thức tốt hơn so với một robot cá nhân hoàn thành các nhiệm vụ nhỏ.

“Khi kiến tập hợp hoặc vận chuyển vật thể, nếu một con gặp phải chướng ngại vật, nhóm sẽ làm việc tập thể để vượt qua chướng ngại vật đó. Nếu có một khoảng trống trong đường đi, ví dụ, chúng sẽ tạo thành một cây cầu để các con kiến khác có thể đi qua — và đó là nguồn cảm hứng cho nghiên cứu này,” cô nói. “Thông qua robot, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về động lực học và hành vi tập thể của các hệ thống sinh học này và khám phá cách chúng ta có thể sử dụng loại công nghệ này trong tương lai.”

Xây dựng Robot

Ozkan-Aydin dựa vào máy in 3D để xây dựng các robot bốn chân, có chiều dài từ 15 đến 20 cm. Mỗi robot bao gồm một pin polymer lithium, bộ điều khiển và ba cảm biến. Có một cảm biến ánh sáng ở phía trước và hai cảm biến chạm từ ở phía trước và phía sau, cho phép chúng kết nối với nhau.

Với sự bổ sung của bốn chân linh hoạt, các robot không cần nhiều cảm biến và linh kiện, và giúp chúng tương tác với địa hình gồ ghề hoặc không bằng phẳng.

“Bạn không cần cảm biến bổ sung để phát hiện chướng ngại vật vì sự linh hoạt trong chân giúp robot di chuyển qua chúng,” Ozkan-Aydin nói. “Chúng có thể kiểm tra khoảng trống trong đường đi, xây dựng một cây cầu bằng cơ thể; di chuyển vật thể riêng lẻ; hoặc kết nối để di chuyển vật thể tập thể trong các loại môi trường khác nhau, không khác gì kiến.”

Các robot đã được thử nghiệm trên nhiều bề mặt khác nhau, như cỏ, vỏ cây, lá và quả sồi. Các thí nghiệm trên mặt đất bằng phẳng bao gồm ván gỗ và cầu thang với foam cách nhiệt, và các thử nghiệm khác bao gồm thảm trải sàn và khối gỗ hình chữ nhật.

Nếu một đơn vị cá nhân bị kẹt, nó sẽ gửi tín hiệu đến các robot khác. Các robot này sau đó sẽ kết nối với nhau để hỗ trợ nhau qua chướng ngại vật trong khi làm việc hợp tác.

Theo Ozkan-Aydin, nghiên cứu mới này có thể giúp thiết kế các đàn robot chân đa chân giá rẻ có thể thích nghi với các tình huống không lường trước và thực hiện các nhiệm vụ hợp tác như tìm kiếm và cứu hộ, vận chuyển vật thể tập thể và khám phá không gian. Cô sẽ tập trung vào việc cải thiện khả năng điều khiển, cảm biến và năng lượng của các hệ thống.

“Để có hệ thống đàn chức năng, công nghệ pin cần được cải thiện,” cô nói. “Chúng tôi cần pin nhỏ có thể cung cấp nhiều năng lượng, lý tưởng là kéo dài hơn 10 giờ. Nếu không, việc sử dụng loại hệ thống này trong thế giới thực không bền vững.” Các hạn chế khác bao gồm việc cần nhiều cảm biến và động cơ mạnh hơn — trong khi giữ cho kích thước của robot nhỏ.

“Bạn cần phải suy nghĩ về cách các robot sẽ hoạt động trong thế giới thực, vì vậy bạn cần phải suy nghĩ về lượng năng lượng cần thiết, kích thước pin bạn sử dụng. Mọi thứ đều bị giới hạn nên bạn cần phải đưa ra quyết định với mỗi phần của máy.”