Roboty cząsteczkowe działają w stadzie

| Technologia
MIT, Felice Frankel

Grupa naukowa z MIT oraz Uniwersytetów Columbia, Cornell i Harvarda, wzorując się na systemach biologicznych, stworzyła system złożony z niewielkich prostych robotów, które w grupie są w stanie przemieszczać się, transportować przedmioty i wykonywać inne zadania.

W skład systemu „robotyki cząsteczkowej” wchodzą urządzenia w kształcie dysków, które naukowcy nazwali „cząsteczkami”. Są one luźno ze sobą połączone za pomocą magnesów, a każdy z robotów potrafi tylko dwie rzeczy – rozszerzać się i kurczyć. W pozycji skurczonej robot ma około 15, a w pozycji rozszerzonej około 23 centymetrów średnicy. Dzięki odpowiednio skoordynowanym ruchom roboty są w stanie przyciągać się lub odpychać. Umieszczone na nich czujniki powodują, że roboty przemieszczają się w kierunku źródła światła.

Podczas badań, które opisano na łamach Nature, naukowcy wykorzystali grupę 15 robotów oraz wirtualną symulację 100 000 urządzeń nawigujących wśród przeszkód w kierunku źródła światła. Uczeni wykazali też, że roboty mogą transportować przedmioty.

„Roboty cząsteczkowe” mogą tworzyć wiele różnych konfiguracji i płynnie przemieszczać się między przeszkodami, przeciskając się przez ciasne miejsca. Co ważne, żaden z nich nie komunikuje się bezpośrednio z innym, a jego działanie nie zależy od działania innego robota. Dzięki temu wielkość grupy można dynamicznie zmieniać bez żadnego wpływu na jej funkcjonowanie.

Co więcej, naukowcy wykazali, że grupa jest w stanie wykonać zadania, nawet jeśli wiele robotów się zepsuje.
Pomysł amerykańskich uczonych jest odmienny od tego, w jaki sposób konstruuje się współczesne roboty. Są to zwykle duże, skomplikowane urządzenia, które przestają działać, gdy któraś część zawiedzie. My mamy tutaj małe komórki, które indywidualnie nie dorównują złożonym robotom, ale jako grupa mogą wiele osiągnąć, mówi profesor Daniela Rus, dyrektor Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL). Robot sam w sobie jest statyczny, jednak gdy połączy się z innymi robotycznymi cząstkami, wszystkie razem mogą eksplorować otoczenie i wykonywać złozone zadania. W ten sposób mamy uniwersalne robotyczne komórki, które mogą tworzyć różne kształty, poruszać się i podążać za światłem. To daje wielkie możliwości.

Każdy z robotów składa się z cylindrycznej podstawy, w której umieszczono akumulator, silnik, czujnik wykrywający intensywność światła, mikrokontroler oraz układ komunikacyjny, który wysyła i odbiera sygnały. Na podstawie umieszczono zabawkę dla dzieci o nazwie Hoberman Flight Ring. Składa się ona z niewielkich paneli przytwierdzonych do okręgu. Po jego pociągnięciu panele się rozszerzają, a gdy się go popchnie, panele składają się. Do każdego z paneli przymocowano dwa niewielkie magnesy.
Cały trik polega na takim zaprogramowaniu robotów, by rozszerzały się i kurczyły w odpowiedniej sekwencji, zapewniającej całej grupie ruch w kierunku źródła światła. By tego dokonać, naukowcy wyposażyli każdego robota w algorytm, który analizuje informacje o intensywności światła rozgłaszane przez każdego innego robota. Nie ma tutaj potrzeby bezpośredniej komunikacji pomiędzy dwoma robotami.

Każda z „robotycznych cząstek” bez przerwy mierzy intensywność docierającego doń światła i rozgłasza wyniki swoich pomiarów. Jeśli na przykład każdy z robotów mierzy intensywność światła w skali 1-10, gdzie 10 odpowiada najwyższej intensywności, a 1 najniższej, to sygnał o zmierzeniu intensywności 10 będzie pochodził od robotów znajdujących się bliżej źródła światła. Te roboty rozszerzają się jako pierwsze. Gdy zaś one się kurczą, rozszerzają się roboty, które zmierzyły niższa częstotliwość na skali, czyli 9. W ten sposób kolejno dochodzi do rozszerzania się i kurczenia kolejnych maszyn. To tworzy mechaniczną falę, skoordynowany ruch pchania i ciągnięcia, który powoduje, że grupa przesuwa się w stronę sygnału lub odsuwa od niego, mówi doktor Shuguang Li. Jeśli źle dobierzesz synchronizację ruchów, cały system będzie pracował mniej efektywnie, dodaje.

To nowy rodzaj robota, który nie ma scentralizowanego systemu kontroli, nie ma elementu, którego awaria unieruchamia całość, nie ma ustalonego kształtu, a jego poszczególne części nie są unikatowe, mówi profesor Hod Lipson z Columbia Engineering.
Następnym celem naukowców jest takie zminiaturyzowanie robotów, by można było tworzyć grupy składające się z milionów miniaturowych cząstek.

Autor:

Źródło: MIT

robot cżąsteczkowy grupa stado