Vierbenige zwermrobots

Het collectieve gedrag van mieren, honingbijen en vogels om problemen op te lossen en obstakels te overwinnen, is iets dat onderzoekers hebben ontwikkeld in lucht- en onderwaterrobotica. Het ontwikkelen van kleinschalige zwermrobots met de mogelijkheid om complex terrein te doorkruisen, brengt echter een unieke reeks uitdagingen met zich mee. Onderzoekers hebben meerbenige robots gebouwd die in staat zijn om in uitdagende omgevingen te manoeuvreren en moeilijke taken gezamenlijk uit te voeren, waarbij ze hun natuurlijke tegenhangers nabootsen.

Robots met poten kunnen navigeren in uitdagende omgevingen, zoals ruw terrein en krappe ruimtes, en het gebruik van ledematen biedt effectieve lichaamsondersteuning, maakt snelle manoeuvreerbaarheid mogelijk en vergemakkelijkt het oversteken van obstakels. Robots met poten staan ​​echter voor unieke mobiliteitsuitdagingen in terrestrische omgevingen, wat resulteert in verminderde motorische prestaties.

Lees een vraag en antwoord met de onderzoeker

In een korte Q&A met Tech Briefs legt prof. Yasemin Ozkan-Aydin uit wat zwermen kunnen doen als de functies eenmaal geavanceerd zijn.

De onderzoekers veronderstelden dat een fysieke verbinding tussen individuele robots de mobiliteit van een collectief systeem met terrestrische poten zou kunnen verbeteren. Individuele robots voerden eenvoudige of kleine taken uit, zoals het verplaatsen over een glad oppervlak of het dragen van een licht voorwerp, maar als de taak het vermogen van de enkele eenheid te boven ging, werden de robots fysiek met elkaar verbonden om een ​​groter meerbenig systeem te vormen en gezamenlijk te overwinnen problemen.

Met behulp van een 3D-printer bouwde het team vierpotige robots met een lengte van ongeveer 6 tot 8 inch. Elk was uitgerust met een lithium-polymeerbatterij, microcontroller en drie sensoren - een lichtsensor aan de voorkant en twee magnetische aanraaksensoren aan de voor- en achterkant, waardoor de robots met elkaar konden verbinden. Vier flexibele poten verminderden de behoefte aan extra sensoren en onderdelen en gaven de robots een niveau van mechanische intelligentie dat hielp bij interactie met ruw of oneffen terrein.

Na het printen van elke robot werden ze gebouwd en getest op gras, mulch, bladeren en eikels. Experimenten met vlakke grond werden uitgevoerd over spaanplaat en trappen werden gebouwd met isolatieschuim. De robots werden ook getest op hoogpolig tapijt en rechthoekige houten blokken werden op spaanplaat gelijmd om als ruw terrein te dienen. Toen een individuele eenheid vast kwam te zitten, werd er een signaal gestuurd naar extra robots die aan elkaar gekoppeld waren om ondersteuning te bieden bij het succesvol passeren van obstakels terwijl ze collectief werkten.

Het werk zal bijdragen aan het ontwerp van goedkope legged zwermen die zich kunnen aanpassen aan onvoorziene situaties en real-world samenwerkingstaken kunnen uitvoeren, zoals zoek- en reddingsoperaties, collectief objecttransport, ruimteverkenning en omgevingsmonitoring. Het onderzoek zal zich richten op het verbeteren van de controle-, detectie- en krachtmogelijkheden van het systeem, die essentieel zijn voor voortbeweging in de echte wereld en het oplossen van problemen.

Voor functionele zwermsystemen moet de batterijtechnologie worden verbeterd. Er zijn kleine batterijen nodig die meer vermogen kunnen leveren, idealiter langer dan 10 uur. Anders is het gebruik van dit type systeem in de echte wereld niet duurzaam. Bijkomende beperkingen zijn onder meer de behoefte aan meer sensoren en krachtigere motoren terwijl de afmetingen van de robots klein blijven.