Багато існуючих робототехнічних систем черпають натхнення з природи, штучно відтворюючи біологічні процеси, природні структури або поведінку тварин для досягнення конкретних цілей. Це пов’язано з тим, що тварини та рослини вроджено оснащені здібностями, які допомагають їм виживати у відповідних середовищах, і це також може покращити продуктивність роботів поза лабораторними умовами.
«М’які зброї роботів — це нове покоління роботизованих маніпуляторів, які черпають натхнення з передових можливостей маніпулювання організмами без кісток, такими як щупальця восьминога, хоботи слона, рослини тощо», — Енріко Донато, один із дослідників, які проводили Про це повідомляє Tech Xplore. «Перенесення цих принципів у інженерні рішення призводить до створення систем, які складаються з гнучких легких матеріалів, які можуть зазнавати плавної пружної деформації для забезпечення податливого та спритного руху. Завдяки цим бажаним характеристикам ці системи відповідають поверхням і демонструють фізичну міцність і безпечну для людини роботу за потенційно низької вартості».
Незважаючи на те, що м’які манипулятори роботів можна застосовувати для широкого спектру реальних проблем, вони можуть бути особливо корисними для автоматизації завдань, які включають досягнення бажаних місць, які можуть бути недоступними для жорстких роботів. Останнім часом багато дослідницьких груп намагаються розробити контролери, які дозволять цим гнучким рукам ефективно вирішувати ці завдання.
«Загалом функціонування таких контролерів спирається на обчислювальні формули, які можуть створити дійсне відображення між двома робочими просторами робота, тобто простором завдань і простором приводу», — пояснив Донато. «Однак належне функціонування цих контролерів, як правило, залежить від візуального зворотного зв’язку, що обмежує їх дійсність у лабораторних умовах, обмежуючи можливість розгортання цих систем у природних і динамічних середовищах. Ця стаття є першою спробою подолати це невирішене обмеження та розширити охоплення цих систем до неструктурованих середовищ».
«Всупереч поширеній помилковій думці, що рослини не рухаються, рослини активно й цілеспрямовано рухаються з однієї точки в іншу, використовуючи стратегії руху, засновані на зростанні», — сказав Донато. «Ці стратегії настільки ефективні, що рослини можуть колонізувати майже всі середовища існування на планеті, здатності, якої немає в тваринному світі. Цікаво, що, на відміну від тварин, стратегії руху рослин не походять від центральної нервової системи, а скоріше вони виникають через складні форми децентралізованих обчислювальних механізмів».
Стратегія управління, яка лежить в основі функціонування контролера дослідників, намагається відтворити складні децентралізовані механізми, що лежать в основі рухів рослин. Команда спеціально використовувала інструменти штучного інтелекту на основі поведінки, які складаються з децентралізованих обчислювальних агентів, об’єднаних у структуру «знизу вгору».
«Новинка нашого біоконтролера полягає в його простоті, де ми використовуємо фундаментальні механічні функції м’якої руки робота для створення загальної поведінки досягнення», — сказав Донато. «Зокрема, м’яка рука робота складається з резервної системи м’яких модулів, кожен з яких активується через тріаду радіально розташованих приводів. Добре відомо, що для такої конфігурації система може генерувати шість основних напрямків вигину».
Обчислювальні агенти, що підтримують роботу контролера команди, використовують амплітуду та синхронізацію конфігурації приводу для відтворення двох різних типів рухів рослин, відомих як циркумнутація та фототропізм. Циркмутації - це коливання, які зазвичай спостерігаються в рослинах, тоді як фототропізм - це спрямовані рухи, які наближають гілки або листя рослини до світла.
Контролер, створений Донато та його колегами, може перемикатися між цими двома способами, забезпечуючи послідовне керування роботами, що охоплюють два етапи. Перший із цих етапів — це етап дослідження, коли руки досліджують навколишнє середовище, а другий — етап досягнення, коли вони рухаються, щоб досягти бажаного місця чи об’єкта.
«Мабуть, найважливішим висновком цієї конкретної роботи є те, що це перший раз, коли надлишкові м’які манипулятори робота дозволили досягти можливостей за межами лабораторного середовища за допомогою дуже простої системи керування», — сказав Донато. «Крім того, контролер застосовний до будь-якого програмного забезпеченняроботрукоятка забезпечувала подібну схему приводу. Це крок до використання вбудованих датчиків і стратегій розподіленого керування в безперервних і м’яких роботах».
Наразі дослідники протестували свій контролер у серії тестів, використовуючи модульну легку та м’яку роботизовану руку з 9 ступенями свободи (9-DoF), яка керується кабелем. Їхні результати були дуже багатообіцяючими, оскільки контролер дозволяв руці як досліджувати оточення, так і досягати цільового місця ефективніше, ніж інші стратегії керування, запропоновані в минулому.
У майбутньому новий контролер можна буде застосувати до інших м’яких роботів і протестувати як у лабораторних, так і в реальних умовах, щоб додатково оцінити його здатність справлятися з динамічними змінами навколишнього середовища. Тим часом Донато та його колеги планують далі розвивати свою стратегію керування, щоб вона могла виробляти додаткові рухи роботизованої руки та поведінку.
«Наразі ми прагнемо розширити можливості контролера, щоб забезпечити більш складну поведінку, таку як відстеження цілі, зв’язування всієї руки тощо, щоб такі системи могли функціонувати в природному середовищі протягом тривалого часу», — додав Донато.
Час публікації: 6 червня 2023 р