https://bitly.su/LPhYMhq0
Когда вы представляете себе робота, вы можете представить R2-D2 в Star Wars, Omnidroid от The Incredibles или большие машины, которые строят машины на сборочной линии. Но есть новая роботизированная система, которая не похожа ни на одну из них. Вместо этого, похоже, некоторые дети забыли забрать свои игрушки.
Робот представляет собой коллекцию пластиковых, неон-зеленых дисков. Каждый диаметр составляет около 15 сантиметров (6 дюймов) в поперечнике. Один, ни один диск ничего не может сделать. Он может только расширяться и сжиматься.
Но когда кучка дисков обнимается вместе, все меняется. Крошечные магниты на внешних ободах дисков заставляют их прилипать друг к другу. Когда одна тарелка расширяется или сжимается, она толкает или тянет за соседей. Все эти маленькие толчки и толчки складываются вместе. Внезапно весь капля начинает двигаться - очень медленно.
Дизайнеры относятся к каждому отдельному диску как к "частице". Работая как система, они становятся тем, что дизайнеры называют "роботом частиц". Исследователи поделились своим изобретением 20 марта в Природе. В новом исследовании они также показали, как такой робот-частица может выполнять простые задачи, например, перемешивание к свету.
"Это инновационный механизм", - говорит Катя Сикара. Она специалист по вычислительной технике в Университете Карнеги-Меллон в Питтсбурге, штат Питтсбург, который занимается разработкой мультироботных систем. Она не работала над новым изобретением. Но, по ее словам, это иллюстрирует огромное разнообразие способов, которыми люди могут создавать роботизированные системы.
На одном конце спектра роботов вы найдете одноклеточные устройства. Думаю, R2-D2. Это роботы, содержащиеся только в одном теле. На другом конце спектра - модульные роботы.
Это группы отдельных роботов, у каждого из которых своя работа, но которые вместе работают над решением одной общей задачи. К ним относятся ройные роботы, которые разговаривают друг с другом и обмениваются информацией о том, куда и как они перемещаются.
Новая система, говорит Сикара, находится где-то посередине. Диски - это отдельные единицы, но они объединяются в единую команду. Их поведение является результатом их взаимодействия и законов физики, а не того, кто говорит им, что делать.
https://bitly.su/Mb5gJH
Естественное вдохновение
"Мы хотели сделать роботов, которые были бы очень простыми и могли бы реагировать на изменения в окружающей среде", - говорит Рича Батра. Она является аспиранткой Колумбийского университета в Нью-Йорке и частью многопрофильной университетской команды, стоящей за новой системой роботизированных частиц.
Ученые, стоящие за этим проектом, были вдохновлены природой, объясняет Батра. В организме человека, например, отдельные клетки работают вместе как мышечная ткань. Многие другие типы клеток также перемещаются вместе как группа.
Движение робота также напоминает Батре о чем-то другом в живом мире. Клякса перемешивается "как гусеница", говорит она. "Немного растягивается, потом растягивается."
Даже если диски не взаимодействуют напрямую друг с другом, они могут реагировать как группа на какой-то сигнал. Ученые показали это, установив на каждый диск датчики, способные обнаруживать свет.
Затем они запрограммировали диски для расширения и сжатия быстрее или медленнее, в зависимости от интенсивности света. Когда исследователи сияли ярким светом, их робот прокрадывался к нему - результат всех этих индивидуальных расширений и сжатий.
Чтобы убедиться, что группа частиц не застрянет, исследователям пришлось подумать о том, как трение повлияет на диски. Трение - это сопротивление трению между двумя поверхностями. Диски должны были толкать достаточно сильно, чтобы преодолеть трение. Но они не могли оттолкнуть друг друга так далеко, что их магниты перестали работать.
Еще одной проблемой, с которой столкнулись исследователи, было решение вопроса о том, как должны выглядеть диски. За помощью они обратились к Чаку Хоберману из Гарвардского университета в Кембридже, штат Массачусетс.
Он создал то, что известно как Сферы Хобермана. Умные пластиковые игрушки сделаны из взаимосвязанных рук, которые при выбросе в воздух расширяются в гигантские сферы, а при захвате снова разваливаются на мелкие сферы.
Новая команда роботов наняла Хобермана для разработки дисков, которые станут их "частицами". Как и его сферы, они тоже становятся все больше и меньше с минимальными усилиями.
Наконец, ученые должны были создать систему, которая могла бы работать в разных масштабах. К настоящему времени они создали физических роботов с более чем двумя десятками дисков. Но они хотели показать, что будет с группами из сотен, а то и тысяч частиц.
Вот где появилась Батра. В течение двух лет она писала компьютерные программы, которые могли предсказывать поведение больших групп. Она показала, как система с 100,000 частицами будет двигаться. Ее программное обеспечение также предсказывало, что произойдет, если отдельные диски в группе перестанут работать.
"Это была одна из самых красивых вещей, на которую мы могли смотреть", - говорит она. "Сколько из этих частиц может быть уничтожено, и они все еще двигаются?"
Батра" проводила расчеты на роботах, изготовленных из сотен - даже тысяч - частиц. Ее программа предсказывала, что даже если один из пяти дисков выйдет из строя и перестанет двигаться, система все равно сможет двигаться как группа.
Прямо сейчас робот перемещается только по ровной поверхности. Батра говорит, что хочет знать, как может выглядеть трехмерная система. Исследователи также пока не знают, как их плоская система может быть использована.
Но это нормально для робототехники, говорит Сикара. Каждый новый подход дополняет инструментарий, который впоследствии могут использовать другие исследователи.
Сикара предсказывает, что будущие роботы, подобные этому, будут продолжать воспринимать сигналы от природы о том, как они могут выглядеть и двигаться. "Мы будем видеть все больше и больше биологически мотивированных проектов", - говорит она.