Изследователи от Масачузетския технологичен институт са предприели значителни стъпки към създаването на роботи, които могат осъществимо и икономично да сглобяват почти всичко, включително неща, много по-големи от самите тях, от превозни средства през сгради до още по-големи роботи.
Новата работа от Центъра за битове и атоми (CBA) на Масачузетския технологичен институт се основава на години изследвания, включително скорошни проучвания, показващи, че обекти като деформируемо крило на самолет и функционална състезателна кола могат да бъдат сглобени от идентични малки, леки части – и това роботизираният хардуер може да бъде произведен за извършване на част от тази компилационна работа. Сега екипът показа, че както роботите за сглобяване, така и компонентите на конструкцията, която се изгражда, могат да бъдат направени от едни и същи подединици и роботите могат да се движат независимо в големи количества, за да осъществят бързо мащабни сглобки.
Новата работа е докладвана в списанието Nature Communications Engineeringв статия, написана от докторанта на CBA Амира Абделрахман, професор и директор на CBA Нийл Гершенфелд и трима други.
Напълно автономна самовъзпроизвеждаща се система за сглобяване на роботи, способна да сглобява по-големи конструкции, включително дори по-големи роботи, и да планира най-добрата последователност на изграждане, казва Гершенфелд, все още е далеч. Но новата работа прави важни крачки към тази цел, включително разработването на сложните задачи кога и колко големи да се изградят повече роботи, както и как да се организират рояци роботи с различни размери, за да се изгради структура ефективно, без да се сблъскат. взаимно.
Както в предишните експерименти, новата система включва големи, използваеми структури, изградени от набор от абсолютно идентични субединици, наречени воксели (обемният еквивалент на 2D пиксел). Но докато предишните пиксели бяха чисто механични скелетни части, сега екипът е разработил сложни воксели, всеки от които може да предава мощност и данни от едно устройство към друго. Това може да доведе до изграждането на структури, които могат не само да издържат натоварвания, но и да извършват работа, като повдигане, преместване и боравене с материали – включително самите пиксели.
„Когато изграждаме тези структури, вие трябва да изградите интелигентност“, казва Гершенфелд. Докато по-ранните версии на колекционерски роботи бяха свързани чрез снопове кабели към техните системи за захранване и контрол, „това, което се появи, беше идеята за структурна електроника – да се направят воксели, които предават енергия и данни, както и мощност“. Той посочва новата система в действие: “Няма кабели. Има само шасито.”
Самите ботове се състоят от поредица от много пиксели, свързани от край до край. Те могат да хванат друг воксел с помощта на точки за закрепване в единия край и след това да се преместят като червей до желаната позиция, където вокселът може да бъде прикрепен към растящата структура и освободен там.
Гершенфелд заявява, че докато предишната система, демонстрирана от членове на неговата група, може по принцип да изгражда произволно големи структури, тъй като размерът на тези структури достига определена точка по отношение на размера на сглобения робот, процесът ще става все по-неефикасен поради по-дълги пътеки, които всеки би трябвало да Режещ робот, за да доведе всяко парче до местоназначението му. В този момент, с новата система, роботите могат да решат, че е време да изградят по-голяма версия на себе си, която може да пътува на по-големи разстояния и да намали времето за пътуване. По-голяма структура може да изисква още една такава стъпка, като новите по-големи роботи създават по-големи, докато части от структура с много фини детайли може да изискват повече от по-малки роботи.
Докато тези роботи сглобяват нещо, казва Абдур-Рахман, те са изправени пред избор на всяка стъпка по пътя: „Те могат да изградят структура, могат да построят друг робот със същия размер или могат да построят по-голям робот.“ Фокусът на изследователите е да създадат алгоритми за вземане на такова решение.
„Например, ако искате да изградите конус или полусфера“, казва тя, „как да започнете да планирате пътя и как да разделите тази форма“ на различни области, върху които могат да работят различни ботове? Софтуерът, който те разработиха, позволява на някой да въведе форма и да получи изход, показващ къде да постави първия блок и всеки след това, въз основа на разстоянията, които трябва да бъдат изминати.
Гершенфелд казва, че има хиляди публикувани документи за планиране на маршрути за роботи. “Но стъпката след това, роботът трябва да вземе решение да изгради друг робот или различен тип робот – това е ново. Няма нищо преди това.”
Докато експерименталната система може да извършва агрегиране и включва връзки за захранване и данни, в текущите версии конекторите между малките подединици не са достатъчно здрави, за да носят необходимите товари. Екипът, включително завършилата студентка Миана Смит, сега е фокусиран върху разработването на по-силни проводници. “Тези роботи могат да ходят и могат да поставят части,” казва Гершенфелд, “но ние сме почти – но не съвсем – точката, в която един от тези роботи прави друг робот и си тръгва. И това се свежда до фина настройка на нещата, като силата на задвижващите механизми и здравината на ставите… Но какво достатъчно дълго, че това са частите, които ще доведат до това.”
В крайна сметка тези системи могат да се използват за изграждане на различни големи структури с висока стойност. Например начинът, по който се изграждат самолетите в момента, включва огромни фабрики с мостове, които са много по-големи от компонентите, които ги правят, и след това “когато правите джъмбо самолет, имате нужда от джъмбо самолети, за да носите части от джъмбо самолета, за да направите,” казва Гершенфелд. Със система като тази, изградена от малки компоненти, събрани от малки роботи, „окончателното сглобяване на самолета е единственото сглобяване“.
По същия начин, когато произвеждате нова кола, “можете да прекарате една година в инструментална екипировка”, преди първата кола да бъде действително построена, казва той. Новата система ще заобиколи целия този процес. Тези потенциални ефективности са причината Гершенфелд и неговите ученици да работят в тясно сътрудничество с автомобилни компании, авиокомпании и НАСА. Но дори относително нискотехнологичната строителна индустрия също може да се възползва.
Въпреки че има повишен интерес към 3D отпечатани домове, днес тези домове изискват машини за печат, които са с размерите или по-големи от строящата се къща. Отново, възможността такива структури вместо това да се сглобяват от рояци малки роботи може да осигури ползи. DARPA също се интересува от работата върху възможността за изграждане на структури за защита на бреговата линия от ерозия и покачване на морското равнище.
Аарон Бейкър, доцент по електротехника и компютърно инженерство в университета в Хюстън, който не е бил свързан с това изследване, описва статията като „хоумрън – [offering] Иновативна хардуерна система, нов начин на мислене за мащабирането на рояк и строги алгоритми. “
Добавя Бекер: „Тази статия разглежда важна област от преконфигурируеми системи: как бързо да увеличите роботизираната работна сила и да я използвате за ефективно сглобяване на материали в желаната структура. … Това е първата работа, която виждам, която атакува проблема от изцяло нова гледна точка – използвайки първоначален набор от части на роботи за изграждане на партида роботи, чиито размери са оптимизирани за изграждане на необходимата структура (и други роботи) възможно най-бързо.”
Изследователският екип включваше и студента от MIT-CBA Бенджамин Генет и Кристофър Камерън, който сега работи в изследователската лаборатория на армията на САЩ. Работата беше подкрепена от НАСА, Изследователската лаборатория на армията на САЩ и финансиране от консорциума CBA.