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機器人能夠根據環(huán)境獨立應對和個人通信的硬件

時間:2021-06-11 點擊次數:

世界范圍內的機器人研究者們一直在自然中尋找創(chuàng)造更好機器人的靈感和模式,而微型傳感器是機器人中不可或缺的部件。近來,在螞蟻的啟發(fā)下,相關的機器人研究人員研制出一種微型機器人。

類似于蟻群是大力士,能舉起數倍甚至數十倍的物體。但是由于體型很小,螞蟻個體的能力確實是很有限的。但通過群組的協作,一群螞蟻可以有序地分工,建立復雜的巢穴,安排行進路線。簡而言之,就是通過交流和合作來最大化團隊能力。機器人Tribots的功能和螞蟻很相似。單只Tribots能推比自己重幾倍的物體,跳得比自己高;當這些物體聚集在一起時,不同的個體可以相互協作,共同完成相同的任務,甚至一個機器人能對多個其他個體發(fā)出指令,讓多個機器人共同完成協作任務。但是機器人之間的通訊不需要觸角。

從外形上看,Tribots一點也看不出螞蟻的樣子,它更像是一塊由許多輕薄材料折疊而成的電路板,由于其獨特的外形,被稱為三足機器人。雖然它的尺寸不超過10厘米,重量只有10克,但這種巧妙的組合使這種簡單的三足機器人有5種不同的運動方式:垂直跳躍、水平跳躍、障礙物翻轉、平臺和非平面跳躍。

每一臺機器人都裝備有用于感知和通信的小型紅外和距離傳感器,這是機器人能夠根據環(huán)境獨立應對和個人通信的硬件基礎。根據EPFL的說法,這種機器人還可以根據不同的使用要求裝載更多的傳感器。照片:Tribot是用各種傳統的電子元件折疊組裝的。

每一個機器人都攜帶一個小型鋰電池,能夠獨立為其提供所有需要的能量,傳感器,和形成自驅動能力。在動力方面,研究小組選擇了SMA,它可以在特定的溫度下變形,并在溫度恢復時恢復形狀。

研究小組在機器人機構內安裝微型加熱器,通過短時間加熱控制SMA的加熱器,使機器人肌肉得到充分發(fā)揮。該機器人通過對加熱器動作的控制,分別控制每只腳的運動,完成特定的動作。

這一結構使得Tribot有很多種運動方式,比如前后腳連續(xù)向前,完成向前行走的動作;同時還能通過控制三條腿間的配合來完成空翻動作,跨越障礙;在向上跳躍的測試中,Tribot的跳躍高度可達自己身高的2.5倍。

作者稱,這是受一種叫“鋸針蟻”的螞蟻的啟發(fā),這種螞蟻的特征是有一個特殊的顎夾,能在0.13毫秒內將其打開至180度,這樣就能迅速地拍打地面,并迅速將其彈出。

但是更重要的是:同樣的結構,不同的角色分工,這就是螞蟻的一大特征。

Tribot認為,盡管各機器人具有完全相同的結構和形態(tài),但各機器人的運動能力實現不同的分工,從而達到合作的目的,這是基于機器人個人與團體之間的溝通能力。

舉例來說,研究人員將兩個Tribots分別設為領頭和跟隨者,當前者經過空隙時,通過傳送信號向后者傳達前方地形的變化,使后者可以跳過空隙而不用注意到空隙。

另外一項測試是,研究人員設定一個機器人不能推動的物體,讓兩個Tribots一起推動它到特定位置。更為有趣的是,他們之間的合作是由另一個機器人來指揮,讓兩個工作人員像指揮官一樣一起工作。

每一個Tribot就像一只螞蟻,可以扮演不同的角色。在面對新的任務、未知環(huán)境或者其他機器人迷路的情況下,它們也能立刻成為新的角色。那是螞蟻在自然界無法做到的。研究者EPFL能夠重建機器人實驗室主任JamiePaik的話。

Tribots可以在將來的實際應用中大量地部署到現場,比如執(zhí)行緊急搜索任務。因為有大量的機器人,而且通訊能力強,它們可以在很大程度上快速地確定目標,而無需依靠GPS。

因為它們能大量生產和部署,所以一些機器人的失敗不會影響到任務的成功。由于它們獨特的集體協作能力,我們的小機器人能更好地適應未知環(huán)境,因此,在一些任務中,它們比大機器人有更強的能力。

同時,作者也強調指出,可以將其看作是一種有趣的平臺,以探索新的運動模式以及為具體任務定制機器人的可能性。

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