Geavanceerde vierpoten zwermrobots voor complexe terreinnavigatie

De collectieve gedragingen van mierenne, honingbijen en vogels om problemen op te lossen en obstakels te overwinnen is iets wat onderzoekers hebben ontwikkeld in luchtvaart- en onderwaterrobotica. Het ontwikkelen van kleinschalige zwermrobots met de capaciteit om complexe terrein te traverser, komt met een unieke set uitdagingen. Onderzoekers hebben meerpoten robots gebouwd die in uitdagende omgevingen kunnen manoeuvreren en moeilijke taken collectief kunnen volbrengen, nabootsend hun natuurlijke tegenhangers.

Gepooten robots kunnen uitdagende omgevingen navigeren, zoals ruw terrein en nauwe ruimtes, en het gebruik van ledematen biedt effectieve lichaamsondersteuning, stelt snelle manoeuvreerbaarheid in staat en vergemakkelijkt obstakeloverstekening. Echter, gepooten robots staan unieke mobiliteitsuitdagingen in terrein omgevingen tegen, wat resulteert in verminderde locomotorprestaties.

Lees een Q&A met de Onderzoeker

In een korte Q&A met Tech Briefs, legt Prof. Yasemin Ozkan-Aydin uit wat zwermen kunnen doen zodra functies geavanceerd zijn.

De onderzoekers hypothesizeerden dat een fysieke verbinding tussen individuele robots de mobiliteit van een terrestrisch gepoot collectief systeem kon verbeteren. Individuele robots voerden eenvoudige of kleine taken uit zoals bewegen over een glad oppervlak of een licht object dragen maar als de taak buiten de capaciteit van de enkele eenheid viel, verbonden de robots fysiek met elkaar om een groter meervoudig gepoot systeem te vormen en collectief problemen op te lossen.

Met een 3D-printer bouwde het team vierpoten robots van ongeveer 15 tot 20 cm in lengte. Elke was uitgerust met een lithium-polymere batterij, microcontroller, en drie sensoren — een lichtsensor aan de voorkant en twee magnetische aanrakingssensoren aan de voorkant en achterkant, zodat de robots met elkaar kunnen verbinden. Vier flexibele poten verminderden de behoefte aan additionele sensoren en onderdelen en gaven de robots een niveau van mechanische intelligentie die hielp bij interactie met ruw of oneffen terrein.

Na het printen van elke robot, werden ze gebouwd en getest over gras, mulch, bladeren en eikels. Plat-grond experimenten werden uitgevoerd over spaanplaat, en trappen werden gebouwd met isolatieschuim. De robots werden ook getest over pluis tapijt en rechthoekige houtblokken werden op spaanplaat gelijmd om als ruw terrein te dienen. Toen een individuele eenheid vastliep, werd een signaal naar additionele robots gestuurd die samen koppelden om ondersteuning te bieden om succesvol obstakels te overwinnen terwijl ze collectief werkten.

Het werk zal het ontwerp informeren van laagkostige gepootte zwermen die kunnen aanpassen aan onvoorziene situaties en real-world coöperatieve taken uitvoeren zoals zoek-en-reddingsoperaties, collectief objecttransport, ruimteverkenning, en milieumonitoring. Het onderzoek zal zich richten op het verbeteren van de controle, sensing, en energiecapaciteiten van het systeem, wat essentieel is voor real-world locomotie en probleemoplossing.

Voor functionele zwermsystemen, moet de batterijtechnologie verbeterd worden. Kleine batterijen zijn nodig die meer vermogen kunnen leveren, ideaal langer dan 10 uur durend. Anders is het gebruik van dit type systeem in de echte wereld niet duurzaam. Additionele beperkingen omvatten de behoefte aan meer sensoren en krachtigere motoren terwijl de grootte van de robots klein blijft.