Multe sisteme robotice existente se inspiră din natură, reproducând artificial procese biologice, structuri naturale sau comportamente animale pentru a atinge obiective specifice. Acest lucru se datorează faptului că animalele și plantele sunt echipate în mod înnăscut cu abilități care le ajută să supraviețuiască în mediile lor respective și care ar putea astfel îmbunătăți performanța roboților în afara setărilor de laborator.
„Brațele moi de robot sunt o nouă generație de manipulatoare robotice care se inspiră din capacitățile avansate de manipulare prezentate de organismele „dezoase”, cum ar fi tentaculele de caracatiță, trunchiurile de elefant, plantele etc.”, Enrico Donato, unul dintre cercetătorii care au efectuat studiul, a spus Tech Xplore. „Transpunerea acestor principii în soluții de inginerie are ca rezultat sisteme care sunt alcătuite din materiale flexibile, ușoare, care pot suferi o deformare elastică lină pentru a produce o mișcare conformă și abil. Datorită acestor caracteristici de dorit, aceste sisteme se conformează suprafețelor și prezintă robustețe fizică și funcționare în siguranță pentru oameni la un cost potențial scăzut.”
În timp ce brațele roboților moi ar putea fi aplicate la o gamă largă de probleme din lumea reală, ele ar putea fi deosebit de utile pentru automatizarea sarcinilor care implică atingerea locațiilor dorite care ar putea fi inaccesibile roboților rigizi. Multe echipe de cercetare au încercat recent să dezvolte controlori care să permită acestor brațe flexibile să abordeze eficient aceste sarcini.
„În general, funcționarea unor astfel de controlere se bazează pe formulări computaționale care pot crea o mapare validă între două spații operaționale ale robotului, adică spațiul sarcinii și spațiul actuator”, a explicat Donato. „Cu toate acestea, funcționarea corectă a acestor controlere se bazează, în general, pe feedback-ul vizual, care limitează valabilitatea lor în mediile de laborator, limitând capacitatea de implementare a acestor sisteme în medii naturale și dinamice. Acest articol este prima încercare de a depăși această limitare neabordată și de a extinde raza de acțiune a acestor sisteme la medii nestructurate.”
„Contrar concepției greșite obișnuite că plantele nu se mișcă, plantele se deplasează activ și intenționat dintr-un punct în altul folosind strategii de mișcare bazate pe creștere”, a spus Donato. „Aceste strategii sunt atât de eficiente încât plantele pot coloniza aproape toate habitatele de pe planetă, o capacitate lipsită de regnul animal. Interesant este că, spre deosebire de animale, strategiile de mișcare a plantelor nu provin dintr-un sistem nervos central, ci mai degrabă apar din cauza unor forme sofisticate de mecanisme de calcul descentralizate.”
Strategia de control care stă la baza funcționării controlerului cercetătorilor încearcă să reproducă mecanismele descentralizate sofisticate care stau la baza mișcărilor plantelor. Echipa a folosit în mod special instrumente de inteligență artificială bazate pe comportament, care constau în agenți de calcul descentralizați combinați într-o structură de jos în sus.
„Noutatea controlerului nostru bio-inspirat constă în simplitatea sa, în care exploatăm funcționalitățile mecanice fundamentale ale brațului moale al robotului pentru a genera comportamentul general de atingere”, a spus Donato. „În mod specific, brațul moale al robotului constă dintr-un aranjament redundant de module moi, fiecare dintre acestea fiind activat printr-o triadă de actuatoare dispuse radial. Este binecunoscut faptul că, pentru o astfel de configurație, sistemul poate genera șase direcții principale de îndoire.”
Agenții de calcul care stau la baza funcționării controlerului echipei exploatează amplitudinea și sincronizarea configurației actuatorului pentru a reproduce două tipuri diferite de mișcări ale plantelor, cunoscute sub numele de circumnutație și fototropism. Circumnutațiile sunt oscilații observate în mod obișnuit la plante, în timp ce fototropismul sunt mișcări direcționale care aduc ramurile sau frunzele unei plante mai aproape de lumină.
Controlerul creat de Donato și colegii săi poate comuta între aceste două comportamente, realizând controlul secvențial al brațelor robotice care se întind pe două etape. Prima dintre aceste etape este o fază de explorare, în care brațele își explorează împrejurimile, în timp ce a doua este o fază de atingere, în care se deplasează pentru a ajunge la o locație sau un obiect dorit.
„Poate că cea mai importantă concluzie din această activitate particulară este că aceasta este prima dată când brațele robotice moi redundante au fost activate pentru a atinge capabilități în afara mediului de laborator, cu un cadru de control foarte simplu”, a spus Donato. „În plus, controlerul este aplicabil oricărui softrobotbrațul a oferit un aranjament de acționare similar. Acesta este un pas către utilizarea de detectare încorporată și a strategiilor de control distribuit în roboții continuum și soft.”
Până acum, cercetătorii și-au testat controlerul într-o serie de teste, folosind un braț robotic modular, ușor și moale, cu 9 grade de libertate (9-DoF). Rezultatele lor au fost foarte promițătoare, deoarece controlerul a permis brațului să exploreze atât împrejurimile sale, cât și să atingă o locație țintă mai eficient decât alte strategii de control propuse în trecut.
În viitor, noul controler ar putea fi aplicat altor brațe robotice moi și testat atât în setări de laborator, cât și în lumea reală, pentru a evalua în continuare capacitatea sa de a face față schimbărilor dinamice ale mediului. Între timp, Donato și colegii săi plănuiesc să-și dezvolte în continuare strategia de control, astfel încât să poată produce mișcări și comportamente suplimentare ale brațelor robotizate.
„În prezent, căutăm să îmbunătățim capacitățile controlerului pentru a permite comportamente mai complexe, cum ar fi urmărirea țintei, brațul întreg, etc., pentru a permite unor astfel de sisteme să funcționeze în medii naturale pentru perioade lungi de timp”, a adăugat Donato.
Ora postării: 06-jun-2023