Monet olemassa olevat robotiikkajärjestelmät saavat inspiraatiota luonnosta ja toistavat keinotekoisesti biologisia prosesseja, luonnollisia rakenteita tai eläinten käyttäytymistä tiettyjen tavoitteiden saavuttamiseksi. Tämä johtuu siitä, että eläimillä ja kasveilla on synnynnäisesti kykyjä, jotka auttavat niitä selviytymään omassa ympäristössään ja jotka voivat siten parantaa robottien suorituskykyä laboratorioasetusten ulkopuolella.
"Pehmeät robottikädet ovat uuden sukupolven robottimanipulaattoreita, jotka saavat inspiraationsa "luututtomien" organismien, kuten mustekalan lonkeroiden, norsunrunkojen, kasvien jne., kehittyneistä manipulointimahdollisuuksista", Enrico Donato, yksi tutkimuksen suorittaneista tutkijoista. tutkimus, kertoi Tech Xplore. ”Näiden periaatteiden muuntaminen teknisiksi ratkaisuiksi johtaa järjestelmiin, jotka koostuvat joustavista kevyistä materiaaleista, jotka voivat läpikäydä tasaisen elastisen muodonmuutoksen, mikä tuottaa mukautuvaa ja taitavaa liikettä. Näiden toivottujen ominaisuuksien ansiosta nämä järjestelmät mukautuvat pintoihin ja osoittavat fyysistä kestävyyttä ja ihmisturvallista toimintaa mahdollisesti alhaisilla kustannuksilla.
Vaikka pehmeitä robottikäsivarsia voitaisiin soveltaa monenlaisiin todellisiin ongelmiin, ne voivat olla erityisen hyödyllisiä automatisoitaessa tehtäviä, joihin liittyy haluttujen paikkojen saavuttaminen, joihin jäykät robotit eivät ehkä pääse käsiksi. Monet tutkimusryhmät ovat viime aikoina yrittäneet kehittää ohjaimia, joiden avulla nämä joustavat käsivarret voisivat hoitaa tehokkaasti nämä tehtävät.
"Yleensä tällaisten ohjaimien toiminta perustuu laskennallisiin formulaatioihin, jotka voivat luoda validin kartoituksen robotin kahden toimintatilan, eli tehtävätilan ja toimilaitteen välillä", Donato selitti. "Näiden ohjaimien asianmukainen toiminta perustuu kuitenkin yleensä visiopalautteeseen, joka rajoittaa niiden voimassaoloa laboratorioympäristöissä ja rajoittaa näiden järjestelmien käyttöönottoa luonnollisissa ja dynaamisissa ympäristöissä. Tämä artikkeli on ensimmäinen yritys voittaa tämä käsittelemätön rajoitus ja laajentaa näiden järjestelmien ulottuvuutta jäsentämättömiin ympäristöihin."
"Päinvastoin yleistä väärinkäsitystä, että kasvit eivät liiku, kasvit liikkuvat aktiivisesti ja määrätietoisesti pisteestä toiseen käyttämällä kasvuun perustuvia liikestrategioita", Donato sanoi. "Nämä strategiat ovat niin tehokkaita, että kasvit voivat kolonisoida melkein kaikki planeetan elinympäristöt, mikä kyky puuttuu eläinkunnasta. Mielenkiintoista on, että toisin kuin eläimet, kasvien liikestrategiat eivät johdu keskushermostosta, vaan ne syntyvät hajautettujen laskentamekanismien kehittyneistä muodoista.
Tutkijoiden ohjaimen toiminnan taustalla oleva ohjausstrategia pyrkii jäljittelemään kasvien liikkeitä tukevia kehittyneitä hajautettuja mekanismeja. Tiimi käytti erityisesti käyttäytymiseen perustuvia tekoälytyökaluja, jotka koostuvat hajautetuista laskenta-agenteista, jotka on yhdistetty alhaalta ylös -rakenteeseen.
"Biovaikutteisen ohjaimemme uutuus piilee sen yksinkertaisuudessa, jossa hyödynnämme pehmeän robottivarren perusmekaanisia toimintoja luodaksemme yleisen ulottuvuuden", Donato sanoi. "Erityisesti pehmeä robottivarsi koostuu redundantista pehmeiden moduulien järjestelystä, joista jokainen aktivoituu säteittäisesti järjestettyjen toimilaitteiden kolmikon kautta. Tiedetään hyvin, että tällaisessa kokoonpanossa järjestelmä voi tuottaa kuusi periaatteellista taivutussuuntaa.
Ryhmän ohjaimen toiminnan taustalla olevat laskenta-aineet hyödyntävät toimilaitteen konfiguraation amplitudia ja ajoitusta toistaakseen kaksi erityyppistä kasvin liikettä, jotka tunnetaan nimellä kiertokulku ja fototropismi. Ympäröinnit ovat kasveissa yleisesti havaittuja värähtelyjä, kun taas fototropismi ovat suuntaliikkeitä, jotka tuovat kasvin oksia tai lehtiä lähemmäksi valoa.
Donaton ja hänen kollegoidensa luoma ohjain voi vaihtaa näiden kahden käyttäytymisen välillä saavuttaen robottikäsivarsien peräkkäisen ohjauksen kahdessa vaiheessa. Ensimmäinen näistä vaiheista on etsintävaihe, jossa kädet tutkivat ympäristöään, kun taas toinen on saavuttamisvaihe, jossa ne liikkuvat saavuttaakseen halutun paikan tai kohteen.
"Ehkä tärkein poiminta tästä työstä on, että tämä on ensimmäinen kerta, kun redundantti pehmeä robottikäsivarsi on otettu käyttöön laboratorioympäristön ulkopuolella hyvin yksinkertaisella ohjauskehyksellä", Donato sanoi. ”Lisäksi ohjain sopii kaikkiin pehmeisiinrobottivarsi tarjosi samanlaisen käyttöjärjestelyn. Tämä on askel kohti sulautettujen tunnistus- ja hajautettujen ohjausstrategioiden käyttöä jatkumo- ja pehmeissä roboteissa.
Toistaiseksi tutkijat ovat testanneet ohjaintaan useissa testeissä käyttämällä modulaarista kaapelikäyttöistä, kevyttä ja pehmeää robottivartta, jossa on 9 vapausastetta (9-DoF). Niiden tulokset olivat erittäin lupaavia, sillä ohjain antoi käsivarren sekä tutkia ympäristöään että saavuttaa kohdesijaintinsa tehokkaammin kuin muut aiemmin ehdotetut ohjausstrategiat.
Jatkossa uutta ohjainta voitaisiin soveltaa muihin pehmeisiin robottikäsivarsiin ja testata sekä laboratorio- että todellisissa olosuhteissa, jotta voidaan arvioida edelleen sen kykyä käsitellä dynaamisia ympäristön muutoksia. Samaan aikaan Donato ja hänen kollegansa aikovat kehittää ohjausstrategiaansa edelleen, jotta se voi tuottaa lisää robottikäsien liikkeitä ja käyttäytymismalleja.
"Haemme parhaillaan ohjaimen ominaisuuksien parantamista mahdollistaaksemme monimutkaisemmat toiminnot, kuten kohteen seurannan, koko käsivarren yhdistämisen jne., jotta tällaiset järjestelmät voisivat toimia luonnollisissa ympäristöissä pitkiä aikoja", Donato lisäsi.
Postitusaika: 06.06.2023