O echipă de oameni de știință de la Institutul FOM pentru Fizică Atomică și Moleculară (AMOLF) din Olanda a dezvoltat un robot care merge și înoată și își adaptează automat mișcările la mediul său, fără nicio electronică de control sau senzori. De exemplu, poate comuta între mersul pe uscat și înotul în apă. Robotul este alimentat doar cu aer comprimat, relatează ArsTechnica.
Urmărește cele mai noi producții video TechRider.ro
- articolul continuă mai jos -
Majoritatea roboților se bazează pe sisteme complexe de control, alimentate de inteligență artificială sau nu, care le guvernează mișcarea. Aceste creiere electronice centralizate au nevoie de timp pentru a reacționa la schimbările din mediul lor și pentru a produce mișcări care sunt adesea stângace, robotice.
Fizică dansantă în laborator
„Eram într-un laborator, lucram la un alt proiect și a trebuit să îndoaie un tub pentru a opri trecerea aerului prin el. Tubul a început să oscileze la o frecvență foarte mare, scoțând un zgomot foarte puternic”, spune Alberto Comoretto, robotician la AMOLF și autor principal al studiului. Pentru a vedea ce se întâmplă cu tubul, Comoretto a instalat o cameră de mare viteză și a înregistrat mișcarea. El a descoperit că mișcarea rezulta din interacțiunea dintre presiunea aerului din interiorul tubului și starea tubului în sine.
Când exista o îndoire în tub, presiunea crescândă împingea acea îndoire de-a lungul tubului. Aceasta a dus la scăderea presiunii, ceea ce a permis apariția unei noi îndoiri și repetarea ciclului. „Am fost super entuziasmați pentru că am văzut această mișcare auto-susținută, periodică și asimetrică”, a declarat Comoretto pentru Ars.
Primul motiv pentru entuziasmul lui Comoretto a fost că tubul care flutura din laboratorul său era acționat de tipul de fizică a fluxului de aer pe care Peter Marshall, Doron Gazit și Aireh Dranger au valorificat-o pentru a-și construi faimoșii dansatori „Fly Guys” pentru Jocurile Olimpice de la Atlanta din 1996.
Al doilea motiv a fost că asimetria și periodicitatea pe care le-a observat în modelul de mișcare al tubului erau prezente și în modul în care se mișcau toate ființele vii, de la organismele unicelulare la oameni.
Echipa lui Comoretto a decis să construiască un robot care să valorifice fizica fluxului de aer pentru a obține o mișcare naturală, aproape realistă. Dar a fost mai greu decât părea.
Picioare tubulare
„Mișcările acestor Fly Guys dansatori sunt concepute să fie aleatorii pentru a-i face să danseze într-un mod convingător”, explică Comoretto. „În robotul nostru, controlăm mișcarea prin constrângerea geometriei în moduri foarte specifice.” Designul a constat într-un corp imprimat 3D cu patru tuburi atașate, îndoite în partea de jos pentru a forma picioarele robotului. Frecvența oscilațiilor din tuburi și, prin urmare, viteza robotului, a fost reglată prin ajustarea cantității de aer pompate în fiecare tub.
Într-un robot standard cu mai multe membre, provocarea rămasă ar fi sincronizarea membrelor pentru a obține mersuri diferite. În mod surprinzător, însă, sincronizarea membrelor în robotul lui Comoretto a apărut ca o proprietate emergentă a designului său.
„Imaginați-vă experimentul cu metronoame care încep să se sincronizeze atunci când le puneți pe o placă mobilă – este exact asta”, spune Johannes Overvelde, cercetător AMOLF și coautor al studiului. Metronoamele se sincronizează deoarece placa mobilă pe care se află funcționează ca un cuplaj, conectându-le între ele. În robot, același tip de cuplare a fost realizat prin conectarea tuturor tuburilor la același flux de aer de intrare, ceea ce le-a permis să comunice prin variații de presiune. Și a funcționat de minune.
Robotul își putea ajusta mersul la mediul în care se afla. Pe sol, toate membrele se activau autonom în sincron. În apă, unde tuburile întâmpinau o rezistență mai mică decât pe sol, membrele se mișcau în antifază pentru a permite înotul ca un câine.
Cu toate acestea, există încă probleme de rezolvat înainte ca roboții care se bazează pe acest tip de dinamică corp-mediu fără întreruperi să depășească faza incipientă de cercetare.
Provocările construcției robotului
Prima problemă a robotului lui Comoretto a fost consumul de energie. Designul inițial testat de echipa sa în laborator era legat cu firul, iar aerul era pompat către membre printr-un furtun subțire. Cincisprezece litri standard de aer pe minut permiteau robotului să se miște rapid și să execute toate trucurile sale uimitoare, dar pompa care îl alimenta consuma 85 de wați. Era prea mult pentru a începe să ne gândim măcar să renunțăm la firul de legătură și să folosim surse de alimentare integrate.
Pentru a rezolva această problemă, echipa a început prin a reduce numărul de membre mobile de la patru la două și a schimba designul acestora pentru a reduce presiunea necesară pentru a forma îndoituri și a le mișca de-a lungul tuburilor. Acest lucru a dus la reducerea puterii necesare la doar 0,06 wați pe membru, ceea ce a permis unui robot nou, nelegat cu firul de legătură, să se miște folosind propria pompă de aer, alimentată de o mică baterie litiu-ion. Această versiune folosea doi senzori simpli de lumină ca „ochi”, conectați la un sistem care putea activa selectiv fiecare dintre membrele oscilante. Putea trece autonom dintr-o cameră întunecată într-una mai luminoasă sau putea urma un operator care purta o sursă de lumină.
Cea mai importantă provocare rămasă este controlul robotului
Cea mai importantă provocare rămasă, însă, este să descoperim cum să controlăm comportamentul robotului. „Acum, când lovește un perete, începe să se întoarcă la stânga. Dacă aterizează în apă, începe să înoate înapoi. Nu ne-a venit ideea asta – se întâmplă pur și simplu”, spune Overvelde. „Înțelegem sistemul, dar avem nevoie de o mai bună înțelegere a modului de a proiecta funcționalități specifice.” Și această înțelegere va fi necesară pentru orice aplicații care necesită ceva mai mult decât roboți minusculi care pot alerga, înota sau ambele.
Scopul echipei este de a construi sisteme robotice care se adaptează la mediu folosind doar fizica, ceea ce ar necesita mai puțină putere de calcul (sau deloc putere de calcul) pentru a funcționa. „Într-un alt proiect, lucrăm la o inimă artificială moale – un exemplu frumos de sistem care interacționează cu fluxul nostru sanguin, cu tensiunea arterială și se adaptează automat. Și când ai o inimă artificială, vrei doar să funcționeze. Nu vrei să primești actualizări de software”, spune Overvelde.
