Мы с коллегами обнаружили, что добавление ног к роботам, которые имеют минимальное представление об окружающей среде, может помочь роботам более эффективно работать в труднопроходимой местности.
Нас вдохновила теория коммуникации математика и инженера Клода Шеннона о том, как передавать сигналы на расстояние. Вместо того, чтобы тратить огромные деньги на создание идеального провода, Шеннон показал, что достаточно использовать избыточность для надежной передачи информации по зашумленным каналам связи.
Мы задались вопросом, можем ли мы сделать то же самое для перевозки грузов с помощью роботов. То есть, если мы хотим перевезти груз по «шумной» местности, скажем, поваленные деревья и большие камни, за разумное время, можем ли мы сделать это, просто добавив ноги роботу, несущему груз, и сделать это без датчиков и камер ? на роботе?
Большинство мобильных роботов используют инерционные датчики, чтобы понять, как они перемещаются в пространстве . Наша ключевая идея — забыть об инерции и заменить ее простой функцией повторяющихся шагов. При этом наш теоретический анализ подтверждает нашу гипотезу о надежном и предсказуемом передвижении роботов — и, следовательно, о транспортировке грузов — без дополнительных датчиков и контроля.
Чтобы проверить нашу гипотезу, мы построили роботов, вдохновленных многоножками. Мы обнаружили, что чем больше ног мы добавили, тем лучше робот мог передвигаться по неровным поверхностям без каких-либо дополнительных датчиков или технологий управления. В частности, мы провели серию экспериментов, в ходе которых создавали рельеф, имитирующий противоречивую природную среду. Мы оценили двигательные характеристики робота, постепенно увеличивая количество ног с шагом в две, начиная с шести и в конечном итоге достигнув в общей сложности 16 ног.
По мере увеличения количества ног мы заметили, что робот проявлял повышенную маневренность при перемещении по местности даже при отсутствии датчиков. Чтобы дополнительно оценить его возможности, мы провели тесты на открытом воздухе на реальной местности, чтобы оценить его работу в более реалистичных условиях, где он показал себя так же хорошо. Существует потенциал использования многоногих роботов для сельского хозяйства, исследования космоса и поисково-спасательных работ.
Перевозка вещей — продуктов питания, топлива, строительных материалов, медикаментов — необходима для современного общества, а эффективный обмен товарами является краеугольным камнем коммерческой деятельности. На протяжении веков транспортировка материалов по суше требовала строительства дорог и путей. Однако дороги и трассы доступны не везде. В таких местах, как холмистая местность, доступ к грузу был ограничен. Роботы могут быть способом транспортировки полезной нагрузки в этих регионах.
Какие еще исследования проводятся в этой области
Другие исследователи разрабатывают роботов-гуманоидов и роботов-собак , которые в последние годы становятся все более проворными. Эти роботы полагаются на точные датчики, чтобы знать, где они находятся и что находится перед ними, а затем принимают решения о том, как перемещаться.
Однако их сильная зависимость от осведомленности об окружающей среде ограничивает их в непредсказуемых условиях . Например, при выполнении поисково-спасательных операций датчики могут быть повреждены, а окружающая среда может измениться.
Что дальше
Мои коллеги и я извлекли ценные выводы из нашего исследования и применили их в области растениеводства. Мы основали компанию, которая использует этих роботов для эффективной прополки сельскохозяйственных угодий. Продолжая развивать эту технологию, мы сосредоточены на совершенствовании конструкции и функциональности робота.
Хотя мы понимаем функциональные аспекты каркаса робота-многоножки, наши постоянные усилия направлены на определение оптимального количества ног, необходимых для движения, не полагаясь на внешние датчики. Наша цель — найти баланс между экономической эффективностью и сохранением преимуществ системы. В настоящее время мы показали, что 12 — это минимальное количество ног, чтобы эти роботы были эффективными, но мы все еще изучаем идеальное число.
