Daugelis esamų robotikos sistemų semiasi įkvėpimo iš gamtos, dirbtinai atkuria biologinius procesus, natūralias struktūras ar gyvūnų elgesį, kad pasiektų konkrečius tikslus. Taip yra todėl, kad gyvūnai ir augalai iš prigimties turi gebėjimų, padedančių jiems išgyventi atitinkamoje aplinkoje ir taip pagerinti robotų veikimą ne laboratorijoje.
„Minkštos roboto rankos yra naujos kartos robotų manipuliatorių, kurie įkvėpimo semiasi iš pažangių manipuliavimo galimybių, kurias demonstruoja „be kaulų“ organizmai, tokie kaip aštuonkojų čiuptuvai, dramblių kamienai, augalai ir kt.“, – vienas iš tyrėjų, atlikusių tyrimą, Enrico Donato. tyrime, sakė „Tech Xplore“. „Šiuos principus pavertus inžineriniais sprendimais, gaunamos sistemos, sudarytos iš lanksčių lengvų medžiagų, kurios gali sklandžiai elastingai deformuotis, kad būtų užtikrintas suderinamas ir vikrus judėjimas. Dėl šių pageidaujamų savybių šios sistemos prisitaiko prie paviršių ir pasižymi fiziniu tvirtumu bei saugiu veikimu žmonėms už galimai mažą kainą.
Nors minkštos roboto rankos gali būti pritaikytos įvairioms realaus pasaulio problemoms, jos gali būti ypač naudingos automatizuojant užduotis, susijusias su norimų vietų, kurios gali būti neprieinamos standžiems robotams, pasiekimas. Daugelis tyrimų grupių pastaruoju metu bandė sukurti valdiklius, kurie leistų šioms lanksčioms rankoms veiksmingai spręsti šias užduotis.
„Paprastai tokių valdiklių veikimas priklauso nuo skaičiavimo formuluočių, kurios gali sukurti tinkamą dviejų roboto veikimo erdvių, ty užduočių erdvės ir vykdymo priemonės erdvės, atvaizdavimą“, – paaiškino Donato. „Tačiau tinkamas šių valdiklių veikimas paprastai priklauso nuo regėjimo grįžtamojo ryšio, kuris riboja jų galiojimą laboratorijos aplinkoje ir riboja šių sistemų panaudojimą natūralioje ir dinamiškoje aplinkoje. Šis straipsnis yra pirmasis bandymas įveikti šį neišspręstą apribojimą ir išplėsti šių sistemų pasiekiamumą iki nestruktūrizuotos aplinkos.
„Priešingai paplitusiai klaidingai nuomonei, kad augalai nejuda, augalai aktyviai ir tikslingai juda iš vieno taško į kitą, naudodamiesi augimu pagrįstomis judėjimo strategijomis“, – sakė Donato. „Šios strategijos yra tokios veiksmingos, kad augalai gali kolonizuoti beveik visas planetos buveines, o tokių galimybių trūksta gyvūnų karalystėje. Įdomu tai, kad skirtingai nei gyvūnai, augalų judėjimo strategijos kyla ne iš centrinės nervų sistemos, o greičiau jos atsiranda dėl sudėtingų decentralizuotų skaičiavimo mechanizmų formų.
Kontrolės strategija, kuria grindžiamas tyrėjų valdiklio veikimas, bando atkartoti sudėtingus decentralizuotus mechanizmus, kuriais grindžiamas augalų judėjimas. Komanda specialiai naudojo elgesiu pagrįstus dirbtinio intelekto įrankius, kuriuos sudaro decentralizuoti skaičiavimo agentai, sujungti į „iš apačios į viršų“ struktūrą.
„Mūsų biologiškai įkvėpto valdiklio naujovė slypi jo paprastume, kai mes išnaudojame pagrindines minkštos roboto rankos mechanines funkcijas, kad sukurtume bendrą pasiekiamumo elgesį“, – sakė Donato. „Konkrečiai, minkštą roboto ranką sudaro perteklinis minkštųjų modulių išdėstymas, kurių kiekvienas aktyvuojamas per radialiai išdėstytų pavarų triadą. Gerai žinoma, kad tokiai konfigūracijai sistema gali sukurti šešias pagrindines lenkimo kryptis.
Skaičiavimo agentai, kuriais grindžiamas komandos valdiklio veikimas, išnaudoja pavaros konfigūracijos amplitudę ir laiką, kad atkurtų dviejų skirtingų tipų augalų judesius, žinomus kaip cirkumnutacija ir fototropizmas. Apskritimas yra svyravimai, dažniausiai stebimi augaluose, o fototropizmas yra kryptingi judesiai, kurie priartina augalo šakas ar lapus prie šviesos.
Donato ir jo kolegų sukurtas valdiklis gali perjungti šiuos du veiksmus ir pasiekti nuoseklų dviejų etapų robotų rankų valdymą. Pirmasis iš šių etapų yra tyrinėjimo fazė, kai rankos tyrinėja savo aplinką, o antrasis yra pasiekimo etapas, kai jos juda, kad pasiektų norimą vietą ar objektą.
„Galbūt svarbiausias šio konkretaus darbo aspektas yra tas, kad tai yra pirmas kartas, kai perteklinės minkštos roboto rankos buvo įgalintos pasiekti galimybes už laboratorijos aplinkos ribų, naudojant labai paprastą valdymo sistemą“, – sakė Donato. „Be to, valdiklis tinka bet kokiam minkštamrobotasranka pateikė panašų įjungimo išdėstymą. Tai žingsnis link įterptųjų jutimo ir paskirstytų valdymo strategijų naudojimo nepertraukiamuose ir minkštuose robotuose.
Iki šiol mokslininkai išbandė savo valdiklį atlikdami daugybę bandymų, naudodami modulinę kabeliu varomą, lengvą ir minkštą robotinę ranką su 9 laisvės laipsniais (9-DoF). Jų rezultatai buvo daug žadantys, nes valdiklis leido rankai tyrinėti aplinką ir pasiekti tikslinę vietą efektyviau nei kitos anksčiau pasiūlytos valdymo strategijos.
Ateityje naujasis valdiklis galėtų būti pritaikytas kitoms minkštoms robotų rankoms ir išbandytas tiek laboratorijoje, tiek realiame pasaulyje, siekiant toliau įvertinti jo gebėjimą susidoroti su dinamiškais aplinkos pokyčiais. Tuo tarpu Donato ir jo kolegos planuoja toliau plėtoti savo valdymo strategiją, kad ji galėtų sukurti papildomus robotų rankų judesius ir elgesį.
„Šiuo metu siekiame patobulinti valdiklio galimybes, kad būtų galima atlikti sudėtingesnius veiksmus, tokius kaip taikinio sekimas, visos rankos sukimas ir kt., kad tokios sistemos veiktų natūralioje aplinkoje ilgą laiką“, – pridūrė Donato.
Paskelbimo laikas: 2023-06-06