Mnohé existujúce robotické systémy čerpajú inšpiráciu z prírody, umelo reprodukujú biologické procesy, prírodné štruktúry alebo správanie zvierat, aby dosiahli konkrétne ciele. Je to preto, že zvieratá a rastliny sú prirodzene vybavené schopnosťami, ktoré im pomáhajú prežiť v ich príslušných prostrediach, a ktoré by tak mohli zlepšiť aj výkon robotov mimo laboratórnych prostredí.
„Mäkké robotické ramená sú novou generáciou robotických manipulátorov, ktoré čerpajú inšpiráciu z pokročilých manipulačných schopností, ktoré prejavujú „bezkostné“ organizmy, ako sú chápadlá chobotníc, slonie choboty, rastliny atď.,“ Enrico Donato, jeden z výskumníkov, ktorí vykonali štúdie, povedal Tech Xplore. „Prenesenie týchto princípov do inžinierskych riešení vedie k systémom, ktoré sú vyrobené z flexibilných ľahkých materiálov, ktoré môžu prejsť hladkou elastickou deformáciou, aby vytvorili poddajný a obratný pohyb. Vďaka týmto požadovaným vlastnostiam sa tieto systémy prispôsobujú povrchom a vykazujú fyzickú odolnosť a bezpečnú prevádzku pre ľudí za potenciálne nízke náklady.
Zatiaľ čo mäkké robotické ramená by mohli byť aplikované na širokú škálu reálnych problémov, mohli by byť obzvlášť užitočné pre automatizáciu úloh, ktoré zahŕňajú dosiahnutie požadovaných miest, ktoré môžu byť neprístupné pre pevné roboty. Mnoho výskumných tímov sa v poslednej dobe snaží vyvinúť ovládače, ktoré by týmto flexibilným ramenám umožnili efektívne riešiť tieto úlohy.
„Fungovanie takýchto ovládačov sa vo všeobecnosti spolieha na výpočtové formulácie, ktoré dokážu vytvoriť platné mapovanie medzi dvoma operačnými priestormi robota, tj priestorom úloh a priestorom ovládača,“ vysvetlil Donato. „Správne fungovanie týchto ovládačov sa však vo všeobecnosti spolieha na spätnú väzbu zraku, ktorá obmedzuje ich platnosť v laboratórnych prostrediach a obmedzuje nasadzovanie týchto systémov v prirodzenom a dynamickom prostredí. Tento článok je prvým pokusom prekonať toto neriešené obmedzenie a rozšíriť dosah týchto systémov na neštruktúrované prostredia.“
"Na rozdiel od bežnej mylnej predstavy, že rastliny sa nepohybujú, rastliny sa aktívne a cielene pohybujú z jedného bodu do druhého pomocou pohybových stratégií založených na raste," povedal Donato. „Tieto stratégie sú také účinné, že rastliny môžu kolonizovať takmer všetky biotopy na planéte, čo v živočíšnej ríši chýba. Zaujímavé je, že na rozdiel od zvierat, stratégie pohybu rastlín nevychádzajú z centrálneho nervového systému, ale vznikajú v dôsledku sofistikovaných foriem decentralizovaných výpočtových mechanizmov.
Riadiaca stratégia, ktorá je základom fungovania kontrolóra výskumníkov, sa snaží replikovať sofistikované decentralizované mechanizmy podporujúce pohyby rastlín. Tím konkrétne použil nástroje umelej inteligencie založené na správaní, ktoré pozostávajú z decentralizovaných výpočtových agentov kombinovaných v štruktúre zdola nahor.
„Novinka nášho bioinšpirovaného ovládača spočíva v jeho jednoduchosti, kde využívame základné mechanické funkcie ramena mäkkého robota na generovanie celkového správania pri dosahovaní,“ povedal Donato. „Konkrétne mäkké robotické rameno pozostáva z redundantného usporiadania mäkkých modulov, z ktorých každý je aktivovaný prostredníctvom triády radiálne usporiadaných akčných členov. Je dobre známe, že pre takúto konfiguráciu môže systém generovať šesť základných smerov ohybu.
Výpočtové prostriedky podporujúce fungovanie tímového kontroléra využívajú amplitúdu a načasovanie konfigurácie ovládača na reprodukciu dvoch rôznych typov pohybov rastlín, známych ako cirkulácia a fototropizmus. Cirkumutácie sú oscilácie bežne pozorované u rastlín, zatiaľ čo fototropizmus sú smerové pohyby, ktoré približujú konáre alebo listy rastliny k svetlu.
Ovládač, ktorý vytvoril Donato a jeho kolegovia, môže prepínať medzi týmito dvoma spôsobmi správania a dosiahnuť sekvenčné ovládanie robotických ramien v dvoch fázach. Prvá z týchto fáz je fáza prieskumu, kde paže skúmajú svoje okolie, zatiaľ čo druhá je fáza dosahovania, kde sa pohybujú, aby dosiahli požadované miesto alebo objekt.
„Možno najdôležitejším prínosom z tejto konkrétnej práce je to, že je to prvýkrát, čo boli redundantné mäkké robotické ramená umožnené dosiahnuť schopnosti mimo laboratórneho prostredia s veľmi jednoduchým riadiacim rámcom,“ povedal Donato. „Okrem toho je ovládač použiteľný na akýkoľvek softrobotarameno poskytovalo podobné ovládacie usporiadanie. Toto je krok smerom k použitiu integrovaných stratégií snímania a distribuovaného riadenia v kontinuálnych a mäkkých robotoch.
Doteraz výskumníci testovali svoj ovládač v sérii testov pomocou modulárneho, káblom poháňaného, ľahkého a mäkkého robotického ramena s 9 stupňami voľnosti (9-DoF). Ich výsledky boli veľmi sľubné, pretože ovládač umožnil ramenu preskúmať svoje okolie a dosiahnuť cieľové miesto efektívnejšie ako iné riadiace stratégie navrhované v minulosti.
V budúcnosti by sa nový ovládač mohol použiť na iné mäkké robotické ramená a testovaný v laboratórnych aj reálnych podmienkach, aby sa ďalej zhodnotila jeho schopnosť vysporiadať sa s dynamickými zmenami prostredia. Medzitým Donato a jeho kolegovia plánujú ďalej rozvíjať svoju riadiacu stratégiu, aby mohla produkovať ďalšie pohyby a správanie robotických ramien.
„V súčasnosti sa snažíme vylepšiť možnosti ovládača, aby sme umožnili komplexnejšie správanie, ako je sledovanie cieľa, dvojité zdvojenie celého ramena atď., aby sme takýmto systémom umožnili fungovať v prirodzenom prostredí po dlhú dobu,“ dodal Donato.
Čas odoslania: jún-06-2023