211service.com
Amoeba-achtige robots voor opsporing en redding
Robotici van Virginia Tech, in Blacksburg, VA, hebben een nieuwe vorm van voortbeweging voor robotica ontwikkeld op basis van de manier waarop de eencellige amoebe beweegt. In tegenstelling tot andere robots, zijn de Virginia Tech-robots ontworpen om hun hele buitenhuid als voortstuwingsmiddel te gebruiken.
Blob-bot: Geïnspireerd door de eenvoudige amoebe hebben onderzoekers van Virginia Tech robots zoals dit prototype gebouwd die zich tijdens zoek- en reddingstaken een weg kunnen banen naar krappe plekken.
Ringkern van vorm - een beetje zoals een langwerpige cilindrische donut - robots van dit nieuwe ras verschillen van bots op wielen, rupsbanden of poten doordat ze bewegen door zichzelf voortdurend binnenstebuiten te keren, zegt Dennis Hong , een assistent-professor werktuigbouwkunde aan Virginia Tech. De hele buitenhuid beweegt, zegt hij.
Dit nieuwe type voortbeweging is bijzonder geschikt voor zoek- en reddingstoepassingen, zegt Hong: Ze kunnen zich heel gemakkelijk onder een ingestort plafond of tussen obstakels wringen. Inderdaad, voorlopige experimenten tonen aan dat de robots, met hun zachte, samentrekkende lichamen, zichzelf door gaten kunnen duwen met een diameter die veel kleiner is dan hun normale breedte, zegt Hong. En omdat de robots hun volledige contactoppervlak voor tractie kunnen gebruiken, kunnen ze zich gemakkelijk over en door zeer oneffen omgevingen bewegen.
De daadwerkelijke beweging wordt gegenereerd door het samentrekken en uitzetten van actuatorringen langs de lengte van het lichaam van de robot. Door de ringen aan de achterkant van de robot samen te trekken en naar voren uit te zetten, kunnen ze beweging genereren.
Dit lijkt erg op het principe van de pseudopod die wordt gebruikt door eencellige organismen zoals amoeben, zegt Hong. Dit principe bestaat uit een proces van cytoplasmatische stroming, waarbij het vloeibare endoplasma in de cel naar voren stroomt in een halfvaste ectoplasmatische buisvormige schaal. Als de vloeistof de voorkant bereikt, verandert deze in het gelachtige ectoplasma, vormt een verlenging van deze buis en beweegt het organisme naar voren. Tegelijkertijd verandert het ectoplasma aan de achterkant van de buis in het vloeibare endoplasma en neemt het de achterkant op.
Om een soortgelijk soort beweging te produceren, hebben de eerste experimenten van Hong robots gebruikt die bestaan uit flexibele ringkernmembranen die zijn bekleed met voortstuwingsringen van elektroactief polymeer of onder druk staande slangen. Maar nu, met financiering van een nieuwe National Science Foundation-subsidie, heeft Hong het gebruik van elastische membranen opgegeven ten gunste van meer robuuste ontwerpen. Hij weigert deze ontwerpen in detail te bespreken vanwege problemen met intellectueel eigendom. Hij zegt echter dat dit laatste werk starre mechanische onderdelen betreft die zo met elkaar zijn verbonden dat dit soort beweging mogelijk is. Het is als een 3D-tankprofiel, zegt hij.
Het is een interessant idee, zegt Henrik Christensen , hoogleraar robotica en directeur van Robotics and Intelligent Machines aan het Georgia Institute of Technology, in Atlanta. We hebben echt betere voortbewegingsmechanismen nodig voor robots. Wielen en rupsbanden werken prima totdat het terrein erg oneffen wordt, terwijl de benen traag en vreselijk inefficiënt zijn, zegt hij.
Dit is niet de eerste keer dat ringkernen zijn voorgesteld als onderdeel van een voortstuwingssysteem, zegt Andrew Adamatzky , een professor in onconventionele informatica aan de University of the West of England, in Bristol, VK. Maar het gebruik van elektroactieve polymeren om zich voortplantende golven van contracties te produceren, maakt dit laatste onderzoek erg interessant, zegt hij. Deze experimentele ontwerpen openen nieuwe en opwindende perspectieven in robotica met zachte lichamen.
Met zachte lichamen komen echter nieuwe uitdagingen. Het is bijvoorbeeld niet duidelijk hoe men een voeding, geautomatiseerde controllers en sensoren zou integreren. De principes zijn hier goed, maar de engineering moet nog echt worden uitgewerkt, zegt Christensen.
Hong erkent dat er nog veel praktische problemen zijn om uit te werken met zijn robots. Een oplossing voor veel van de ontwerpproblemen is om de voeding, controllers, sensoren en andere belangrijke onderdelen in het midden van de ringkern te plaatsen. De vorm zou ervoor zorgen dat deze belangrijke onderdelen op hun plaats blijven, terwijl draadloze controllers kunnen worden gebruikt om de samentrekkingen van de ringen te activeren met behulp van inductieve lussen voor stroom, zegt Hong.
Het moeilijkste deel van zoeken en redden is het ontwikkelen van mechanismen die zich kunnen aanpassen aan veranderende terreinen, zegt Robin Murphy , een professor in computerwetenschappen en techniek aan de Universiteit van Florida en voormalig directeur van het Center for Robot-Assisted Search and Rescue, in Tampa, FL. Maar zoeken en redden is meer dan alleen door gaten sijpelen, zegt ze.