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由“弹头”打造的变形机器人展示了新的运动策略
2020年10月16日    阅读量:173    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

建造常规机器人通常需要仔细地组合组件,例如电动机,电池,致动器,身体部位,腿和轮子。


现在,研究人员采用了一种新方法,完全由小型机器人(称为“小物件”)构建机器人,以解锁潜在的新运动技术的原理。


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3D打印的smarticle(聪明的活性粒子的缩写)只能做一件事:拍打两只手臂中国机械网okmao.com。但是,当这些智能小球中的五个被限制在一个圆圈中时,它们开始彼此微动,形成一个称为“超级智能”的机器人物理系统,它可以自行移动。


添加光或声音传感器可以使超级智能响应刺激而移动,甚至可以控制得足够好以迷宫导航。


尽管目前还很初级,但由较小的机器人制造机器人的概念(并利用通过合并个体而产生的组能力)可以对非常小的机器人提供基于机械的控制。


最终,该小组的紧急行为可以为可能改变形状的小型机器人提供一种新的运动和控制方法。


佐治亚理工学院物理学院的邓恩家族教授丹·高德曼说:“这些都是非常基本的机器人,其行为主要由力学和物理定律决定。” 


“我们不希望将复杂的控制,感测和计算全部应用于它们。随着机器人变得越来越小,我们将不得不使用力学和物理原理来控制它们,因为它们将不具备计算和感测的水平。需要常规控制。”


建造常规机器人通常需要仔细地组合组件,例如电动机,电池,致动器,身体部位,腿和轮子。


现在,研究人员采用了一种新方法,完全由小型机器人(称为“小物件”)构建机器人,以解锁潜在的新运动技术的原理。


这项研究得到了陆军研究办公室和美国国家科学基金会的支持,计划于9月18日在《科学机器人》杂志上发表。。西北大学的研究人员也对该项目做出了贡献。


该研究的基础来自一个不太可能的来源:对建筑钉书钉的研究。通过将这些重型钉书钉倒入带有可移动侧面的容器中,以前的博士 学生Nick Gravish(现为加利福尼亚大学圣地亚哥分校的一名教员)创造了一些结构,这些结构可以在拆除容器的壁后自行站立。


摇动钉书钉塔最终导致它们倒塌,但观察结果使人们意识到,简单地缠结机械物体可能会创建功能远远超出单个组件的结构。


“ smarticle”(智能活性粒子)的特写镜头,显示了两个3D打印的手臂,光传感器和电机。

“一个机器人做其他基本的机器人成为了视野,”高盛说。“您可以想象制造一个机器人,在其中您可以对其几何参数进行一些微调,并且出现的是质的新行为。”



为了探索这一概念,研究生研究助理Will Savoie使用3D打印机创建了电池供电的smarticle,它们具有电机,简单的传感器和有限的计算能力。设备只有在被环包围时才能彼此交互,才能更改其位置。


高德曼解释说:“即使没有一个单独的机器人可以自行移动,但由多个机器人组成的云也可以在其自身推开时移动,而在彼此合拢时可以缩小。” “如果在小机器人的云团周围放一个环,它们就会互相踢来踢去,而更大的环(我们称之为超级智能机)会随机运动。”


超级智商。图片来源:Savoie等,科学。机器人。4,eaax4316(2019)

研究人员注意到,如果一个小型机器人停止运动,也许是因为其电池没电了,那组智能笔将开始朝那个停滞的机器人方向运动。研究生罗斯·沃肯汀(Ross Warkentin)学会了如何通过在机器人上添加光电传感器来控制运动,这些光电传感器会在强光束撞击其中一个机器人时阻止手臂拍打。


高德曼说:“如果将手电筒正确地倾斜,则可以突出显示要使其不活动的机器人,即使没有编程的机器人朝着灯移动,环也会朝着它或远离它倾斜。” “这允许以非常简单,随机的方式操纵合奏。”


物理学院教授库尔特·维森菲尔德(Kurt Wiesenfeld)和研究生扎克·杰克逊(Zack Jackson)对这些智能小柱和超级小柱的运动进行了建模,以了解环的微动和质量如何影响整体运动。西北大学的研究人员研究了智能粒子之间的相互作用如何提供方向控制。


单个smarticle拍打其“手臂”的视频。“对于许多机器人,我们都有电流驱动电动机,这些电动机在会可靠地共同移动机器人的零件上产生力,”机械工程学教授托德·穆菲(Todd Murphey)说,他与西北大学的研究生托马斯·贝鲁埃塔(Thomas Berrueta)和安娜·佩文(Ana Pervan)合作。


“我们了解到,尽管各个智能粒子会通过混乱的,相互无法预测的混乱相互作用而相互影响,但由这些智能粒子组成的整个机器人的移动方式却是可预测的,并且我们可以在软件中加以利用。”


朝着移动的光源移动的超级智能视频。在未来的工作中,高盛设想利用智能桩的简单感应和移动功能进行更复杂的交互。他说:“人们对制造一种由其他机器人组成的群体机器人很感兴趣。” “这些结构可以通过调整几何形状按需重新配置以满足特定需求。”


互相拍打的七个smarticle的视频。

美国陆军研究办公室复杂动力学和系统项目经理山姆·斯坦顿说,该项目对美国陆军很感兴趣,因为它可能会导致能够改变其形状,形式和功能的新型机器人系统。能力发展司令部的陆军研究实验室。


包围在圆形框架中的智能小物件的视频,组成“超级智能”。

“未来的陆军无人系统和系统网络被认为能够改变它们的形状,形态和功能。


例如,某个机器人群有一天可能能够移动到河中,然后自主地形成一种结构来跨越空白。”他说。“ Dan Goldman的研究正在确定物理原理,这些物理原理可能被证明对于未来的机器人集体的工程紧急行为以及对系统性能,响应能力,不确定性,弹性和适应性的基本权衡取舍有新的认识。


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