Kỹ sư chế tạo rô-bốt bầy đàn nhiều chân

Một nhà nghiên cứu tại Đại học Notre Dame đã phát triển rô-bốt nhiều chân có thể di chuyển trong các môi trường khó khăn và hoàn thành các nhiệm vụ phức tạp theo bầy đàn. 

Nghiên cứu được công bố trong Khoa học Robot. 

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

Ozkan-Aydin cho biết: “Robot có chân có thể điều hướng trong các môi trường đầy thách thức như địa hình gồ ghề và không gian chật hẹp, đồng thời việc sử dụng các chi mang lại sự hỗ trợ hiệu quả cho cơ thể, cho phép khả năng cơ động nhanh chóng và tạo điều kiện thuận lợi cho việc vượt chướng ngại vật. “Tuy nhiên, robot có chân phải đối mặt với những thách thức di chuyển đặc biệt trong môi trường trên cạn, dẫn đến giảm hiệu suất vận động.”

Tăng cường tính di động

Ozkan-Aydin đưa ra giả thuyết rằng một kết nối vật lý giữa các robot riêng lẻ có thể nâng cao tính di động của một hệ thống tập thể có chân trên mặt đất. Bằng cách kết nối vật lý các rô-bốt riêng lẻ với nhau để tạo thành một hệ thống nhiều chân, chúng có thể cùng nhau vượt qua các thử thách tốt hơn so với một rô-bốt riêng lẻ hoàn thành các nhiệm vụ nhỏ. 

“Khi kiến ​​thu thập hoặc vận chuyển đồ vật, nếu một con kiến ​​gặp chướng ngại vật, cả đàn sẽ hợp tác để vượt qua chướng ngại vật đó. Ví dụ, nếu có một khoảng trống trên đường đi, chúng sẽ tạo thành một cây cầu để những con kiến ​​khác có thể đi qua — và đó là nguồn cảm hứng cho nghiên cứu này,” cô nói. “Thông qua người máy, chúng tôi có thể hiểu rõ hơn về động lực và hành vi tập thể của các hệ thống sinh học này và khám phá cách chúng tôi có thể sử dụng loại công nghệ này trong tương lai.”

Xây dựng Robot

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

Với việc bổ sung bốn chân linh hoạt, robot không cần nhiều cảm biến và bộ phận, đồng thời giúp chúng tương tác với địa hình gồ ghề hoặc không bằng phẳng. 

Ozkan-Aydin cho biết: “Bạn không cần thêm cảm biến để phát hiện chướng ngại vật vì tính linh hoạt ở chân giúp robot di chuyển ngay qua chúng. “Họ có thể kiểm tra các khoảng trống trên đường đi, xây dựng một cây cầu bằng cơ thể của họ; di chuyển các đối tượng riêng lẻ; hoặc kết nối để di chuyển các vật thể cùng nhau trong các loại môi trường khác nhau, không giống với loài kiến.”

Các robot đã được thử nghiệm trên nhiều bề mặt khác nhau, chẳng hạn như cỏ, lớp phủ, lá cây và quả sồi. Các thí nghiệm trên mặt đất bằng phẳng liên quan đến ván dăm và cầu thang bằng bọt cách nhiệt, và các thử nghiệm khác bao gồm thảm lông xù và các khối gỗ hình chữ nhật. 

Nếu một đơn vị riêng lẻ bị mắc kẹt, nó sẽ gửi tín hiệu đến các robot khác. Những robot này sau đó liên kết với nhau để hỗ trợ nhau vượt qua các chướng ngại vật trong khi hợp tác làm việc. 

Theo Ozkan-Aydin, nghiên cứu mới có thể giúp thiết kế bầy đàn chi phí thấp có thể thích ứng với các tình huống không lường trước được và thực hiện các nhiệm vụ hợp tác như nhiệm vụ tìm kiếm cứu nạn, vận chuyển vật thể tập thể và khám phá không gian. Bây giờ cô ấy sẽ tập trung vào việc cải thiện khả năng kiểm soát, cảm biến và sức mạnh của hệ thống. 

Cô ấy nói: “Đối với các hệ thống bầy đàn chức năng, công nghệ pin cần phải được cải thiện. “Chúng tôi cần những cục pin nhỏ có thể cung cấp nhiều năng lượng hơn, thời lượng lý tưởng là hơn 10 giờ. Mặt khác, việc sử dụng loại hệ thống này trong thế giới thực sẽ không bền vững.” Các hạn chế khác bao gồm nhu cầu có nhiều cảm biến hơn và động cơ mạnh hơn — trong khi vẫn giữ kích thước của rô-bốt nhỏ.

“Bạn cần suy nghĩ về cách robot sẽ hoạt động trong thế giới thực, vì vậy bạn cần suy nghĩ về lượng điện năng cần thiết, kích thước của pin bạn sử dụng. Mọi thứ đều có giới hạn nên bạn cần đưa ra quyết định với mọi bộ phận của cỗ máy.”