Умный и дешевый робот «Джоуи» вскоре сможет помочь устранять засоры в критических трубах под землей.
Под нашими улицами лежит лабиринт труб, трубопроводов для воды, канализации и газа. Регулярный осмотр этих труб на предмет утечек или ремонта обычно требует их выкапывания. Последнее не только обременительно и дорого (оценочная годовая стоимость только в Великобритании составляет 5,5 миллиардов фунтов стерлингов), но и вызывает нарушение дорожного движения, а также создает неудобства для людей, живущих поблизости, не говоря уже об ущербе для окружающей среды.
Теперь представьте себе робота , который может пробираться через самые узкие трубопроводные сети и передавать изображения повреждений или препятствий людям-операторам. Это больше не несбыточная мечта, показывает новое исследование Frontiers in Robotics and AI , проведенное группой исследователей из Университета Лидса.
«Здесь мы представляем Джоуи — нового миниатюрного робота — и показываем, что Джоуи может исследовать настоящие трубопроводные сети полностью самостоятельно, даже не нуждаясь в камере для навигации», — сказала доктор Нетта Коэн, профессор Университета Лидса и последний автор исследования.
Джоуи — первый человек, способный самостоятельно перемещаться по лабиринтам труб диаметром всего 7,5 см. При весе всего 70 г он достаточно мал, чтобы поместиться на ладони.
Проект Pipebots
Настоящая работа является частью проекта «Pipebots» университетов Шеффилда, Бристоля, Бирмингема и Лидса в сотрудничестве с британскими коммунальными компаниями и другими международными академическими и промышленными партнерами.
Первый автор, доктор Тхань Луан Нгуен, ученый с докторской степенью из Университета Лидса, разработавший алгоритмы управления (или «мозг») Джои, сказал: «Подземные водопроводные и канализационные сети являются одними из наименее благоприятных сред не только для людей, но и для людей. также для роботов. Спутниковая навигация недоступна под землей. А Джоуи крошечные, поэтому должны работать с очень простыми двигателями, датчиками и компьютерами, которые занимают мало места, а маленькие батареи должны работать достаточно долго».
Джоуи передвигается на распечатанных на 3D-принтере «ногах-колесах», которые катятся по прямым участкам и преодолевают небольшие препятствия. Он оснащен рядом энергоэффективных датчиков, которые измеряют расстояние до стен, стыков и углов, навигационными инструментами, микрофоном, камерой и прожекторами для съемки неисправностей в трубопроводной сети и сохранения изображений. Производство прототипа обошлось всего в 300 фунтов.
Грязь и скользкие склоны
Команда показала, что Джоуи может без каких-либо инструкций от людей-операторов найти свой путь через экспериментальную сеть труб, включая Т-образное соединение, левый и правый угол, тупик, препятствие и три прямых участка. В среднем Джоуи удавалось исследовать около одного метра трубопроводной сети чуть более чем за 45 секунд.
Чтобы усложнить жизнь роботу, исследователи проверили, что он может легко перемещаться вверх и вниз по наклонным трубам с реалистичным уклоном. И чтобы проверить способность Джоуи перемещаться по грязным или скользким трубам, они также добавили в трубы песок и липкий гель (на самом деле жидкость для мытья посуды) — снова с успехом.
Важно отметить, что датчиков достаточно, чтобы позволить Джоуи перемещаться без необходимости включать камеру или использовать энергоемкое компьютерное зрение. Это экономит энергию и продлевает текущий срок службы батареи Джоуи . Всякий раз, когда батарея разряжается, Джоуи возвращается в исходную точку, чтобы «питаться» энергией.
В настоящее время у Джоуи есть одна слабость: они не могут выпрямиться, если случайно повернутся на спину, как перевернутые черепахи. Авторы предполагают, что следующий прототип сможет преодолеть эту проблему. Будущие поколения Joey также должны быть водонепроницаемыми, чтобы работать под водой в трубах, полностью заполненных жидкостью.
Будущее Джоуи — совместное
Ученые Pipebots стремятся создать рой Джоуи, которые общаются и работают вместе, на основе более крупного «материнского» робота по имени Канга. Kanga, который в настоящее время разрабатывается и тестируется некоторыми из тех же авторов в Leeds School of Computing, будет оснащен более сложными датчиками и инструментами для ремонта, такими как роботы-манипуляторы, и будет нести несколько Джоуи.
«В конечном итоге мы надеемся разработать систему, которая сможет проверять и отображать состояние обширных трубопроводных сетей, контролировать трубы с течением времени и даже выполнять некоторые задачи по техническому обслуживанию и ремонту», — сказал Коэн.
«Мы предполагаем, что технология будет масштабироваться и диверсифицироваться, создавая экосистему многовидовых роботов, которые взаимодействуют под землей. В этом сценарии группы Джоуи будут развернуты более крупными роботами, которые обладают большей мощностью и возможностями, но ограничены большими трубами. Для решения этой задачи потребуются дополнительные исследования, разработки и испытания в течение 10–20 лет. Это может начать действовать примерно в 2040 или 2050 году».
