Много съществуващи роботизирани системи черпят вдъхновение от природата, възпроизвеждайки изкуствено биологични процеси, естествени структури или поведение на животни, за да постигнат конкретни цели. Това е така, защото животните и растенията са вродено оборудвани със способности, които им помагат да оцелеят в съответните им среди и по този начин биха могли да подобрят работата на роботите извън лабораторните условия.
„Меките роботизирани ръце са ново поколение роботизирани манипулатори, които черпят вдъхновение от усъвършенстваните манипулационни способности, демонстрирани от „безкостни“ организми, като пипала на октоподи, слонски хоботи, растения и др.“, Енрико Донато, един от изследователите, извършили проучването, каза Tech Xplore. „Превеждането на тези принципи в инженерни решения води до системи, които са съставени от гъвкави леки материали, които могат да претърпят гладка еластична деформация, за да произведат съвместимо и сръчно движение. Благодарение на тези желани характеристики, тези системи отговарят на повърхностите и показват физическа здравина и безопасна за хората работа на потенциално ниска цена.
Въпреки че меките роботизирани ръце могат да бъдат приложени към широк спектър от проблеми в реалния свят, те могат да бъдат особено полезни за автоматизиране на задачи, които включват достигане на желани места, които може да са недостъпни за твърди роботи. Много изследователски екипи напоследък се опитват да разработят контролери, които биха позволили на тези гъвкави ръце да се справят ефективно с тези задачи.
„Като цяло функционирането на такива контролери разчита на изчислителни формули, които могат да създадат валидно картографиране между две работни пространства на робота, т.е. пространство на задачите и пространство на задвижващи механизми“, обясни Донато. „Въпреки това, правилното функциониране на тези контролери обикновено разчита на обратна връзка с зрението, което ограничава тяхната валидност в рамките на лабораторни среди, ограничавайки разгръщането на тези системи в естествени и динамични среди. Тази статия е първият опит за преодоляване на това неадресирано ограничение и разширяване на обхвата на тези системи до неструктурирани среди.
„Противно на общоприетото погрешно схващане, че растенията не се движат, растенията активно и целенасочено се движат от една точка в друга, използвайки стратегии за движение, базирани на растежа“, каза Донато. „Тези стратегии са толкова ефективни, че растенията могат да колонизират почти всички местообитания на планетата, способност, която липсва в животинското царство. Интересното е, че за разлика от животните, стратегиите за движение на растенията не произтичат от централната нервна система, а по-скоро възникват поради сложни форми на децентрализирани изчислителни механизми.
Стратегията за контрол, която е в основата на функционирането на контролера на изследователите, се опитва да възпроизведе сложните децентрализирани механизми, които са в основата на движенията на растенията. Екипът специално използва базирани на поведението инструменти за изкуствен интелект, които се състоят от децентрализирани изчислителни агенти, комбинирани в структура отдолу нагоре.
„Новостта на нашия био-вдъхновен контролер се крие в неговата простота, където ние използваме основните механични функции на меката ръка на робота, за да генерираме цялостното поведение при достигане“, каза Донато. „По-конкретно, меката ръка на робота се състои от резервна подредба от меки модули, всеки от които се активира чрез триада от радиално разположени задвижващи механизми. Добре известно е, че за такава конфигурация системата може да генерира шест основни посоки на огъване.
Компютърните агенти, които са в основата на функционирането на контролера на екипа, използват амплитудата и синхронизирането на конфигурацията на задвижващия механизъм, за да възпроизведат два различни типа движения на растенията, известни като циркумнутация и фототропизъм. Обиколките са колебания, които обикновено се наблюдават при растенията, докато фототропизмът е насочено движение, което приближава клоните или листата на растението до светлината.
Контролерът, създаден от Донато и неговите колеги, може да превключва между тези две поведения, постигайки последователно управление на роботизирани ръце, обхващащи два етапа. Първият от тези етапи е фаза на изследване, при която ръцете изследват заобикалящата ги среда, докато вторият е фаза на достигане, при която се движат, за да достигнат желано място или обект.
„Може би най-важният извод от тази конкретна работа е, че това е първият път, когато излишните меки роботизирани ръце са активирани да достигат възможности извън лабораторната среда, с много проста рамка за управление“, каза Донато. „Освен това, контролерът е приложим за всеки софтроботрамото осигурява подобно устройство за задействане. Това е стъпка към използването на вградени сензори и разпределени стратегии за управление в непрекъснати и меки роботи.“
Досега изследователите тестваха своя контролер в серия от тестове, използвайки модулна, задвижвана от кабел, лека и мека роботизирана ръка с 9 степени на свобода (9-DoF). Техните резултати бяха много обещаващи, тъй като контролерът позволи на ръката както да изследва обкръжението си, така и да достигне целево място по-ефективно от други стратегии за контрол, предложени в миналото.
В бъдеще новият контролер може да бъде приложен към други меки роботизирани ръце и тестван както в лабораторни, така и в реални условия, за да се оцени допълнително способността му да се справя с динамични промени в околната среда. Междувременно Донато и колегите му планират да доразвият своята стратегия за контрол, така че да може да произвежда допълнителни движения и поведение на роботизирана ръка.
„В момента търсим да подобрим възможностите на контролера, за да позволим по-сложно поведение, като проследяване на целта, сдвояване на цялата ръка и т.н., за да позволим на такива системи да функционират в естествена среда за дълги периоди от време“, добави Донато.
Време на публикуване: 6 юни 2023 г