La flota de botes robóticos del MIT se ha actualizado con nuevas capacidades para "cambiar de forma", desconectando y volviendo a montar de forma autónoma en una variedad de configuraciones, para formar estructuras flotantes en los numerosos canales de Ámsterdam.
Los barcos autónomos, cascos rectangulares equipados con sensores, propulsores, microcontroladores, módulos GPS, cámaras y otro hardware, se están desarrollando como parte del proyecto en curso "Roboat" entre el MIT y el Instituto de Ámsterdam para Soluciones Metropolitanas Avanzadas Instituto AMS .El proyecto está dirigido por los profesores del MIT Carlo Ratti, Daniela Rus, Dennis Frenchman y Andrew Whittle. En el futuro, Amsterdam quiere que los barcos naveguen por sus 165 canales sinuosos, transportando mercancías y personas, recogiendo basura oensamblarse en plataformas "emergentes", como puentes y escenarios, para ayudar a aliviar la congestión en las concurridas calles de la ciudad.
En 2016, los investigadores del MIT probaron un prototipo de bote de remos que podría moverse hacia adelante, hacia atrás y lateralmente a lo largo de un camino preprogramado en los canales. El año pasado, los investigadores diseñaron versiones de bajo costo, impresas en 3-D, a un cuarto de la escalalos barcos, que eran más eficientes y ágiles, y venían equipados con algoritmos avanzados de seguimiento de trayectoria. En junio, crearon un mecanismo de enganche autónomo que permitía a los barcos apuntar y aferrarse entre sí, y seguir intentándolo si fallaban.
En un nuevo documento presentado en el Simposio Internacional IEEE de la semana pasada sobre Sistemas Multi-Robot y Multi-Agente, los investigadores describen un algoritmo que permite que los roboats se remodelen suavemente de la manera más eficiente posible. El algoritmo maneja toda la planificación y el seguimientoque permite a los grupos de unidades de bote de remos desengancharse uno del otro en una configuración de conjunto, recorrer un camino libre de colisión y volver a unir a su lugar apropiado en la nueva configuración de conjunto.
En demostraciones en un grupo de MIT y en simulaciones por computadora, grupos de unidades de roboat vinculadas se reorganizaron desde líneas rectas o cuadrados a otras configuraciones, como rectángulos y formas en "L". Las transformaciones experimentales solo tomaron unos minutos. Cambios de forma más complejospuede tomar más tiempo, dependiendo del número de unidades móviles, que podrían ser docenas, y las diferencias entre las dos formas.
"Hemos permitido que los roboats hagan y rompan conexiones con otros roboats, con la esperanza de trasladar las actividades en las calles de Amsterdam al agua", dice Rus, director del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial CSAIL yAndrew y Erna Viterbi, Profesor de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación. "Un conjunto de embarcaciones puede unirse para formar formas lineales como puentes emergentes, si necesitamos enviar materiales o personas de un lado de un canal al otro. O, podemos crear plataformas emergentes más amplias para los mercados de flores o alimentos ".
Junto con Rus en el papel están: Ratti, director del Senseable City Lab del MIT y, también del laboratorio, el primer autor Banti Gheneti, Ryan Kelly y Drew Meyers, todos investigadores; postdoc Shinkyu Park; y el investigador compañero Pietro Leoni.
Trayectorias libres de colisión
Por su trabajo, los investigadores tuvieron que enfrentar los desafíos con planificación autónoma, seguimiento y conexión de grupos de unidades de roboat. Otorgando a cada unidad capacidades únicas para, por ejemplo, ubicarse, acordar cómo separarse y reformarse, y luegomoverse libremente, requeriría técnicas complejas de comunicación y control que podrían hacer que el movimiento sea ineficiente y lento.
Para permitir operaciones más fluidas, los investigadores desarrollaron dos tipos de unidades: coordinadores y trabajadores. Uno o más trabajadores se conectan a un coordinador para formar una sola entidad, llamada "plataforma de buque conectado" CVP. Todas las unidades de coordinador y trabajadortienen cuatro hélices, un microcontrolador inalámbrico y varios mecanismos automáticos de enganche y sistemas de detección que les permiten conectarse entre sí.
Los coordinadores, sin embargo, también vienen equipados con GPS para la navegación y una unidad de medición de inercia IMU, que calcula la localización, la postura y la velocidad. Los trabajadores solo tienen actuadores que ayudan al CVP a seguir un camino. Cada coordinador conocey pueden comunicarse de forma inalámbrica con todos los trabajadores conectados. Las estructuras comprenden múltiples CVP, y los CVP individuales pueden unirse entre sí para formar una entidad más grande.
Durante el cambio de forma, todos los CVP conectados en una estructura comparan las diferencias geométricas entre su forma inicial y su nueva forma. Luego, cada CVP determina si permanece en el mismo lugar y si necesita moverse. A cada CVP en movimiento se le asigna un tiempopara desmontar y una nueva posición en la nueva forma.
Cada CVP utiliza una técnica de planificación de trayectoria personalizada para calcular una forma de alcanzar su posición objetivo sin interrupción, mientras optimiza la ruta para la velocidad. Para hacerlo, cada CVP calcula previamente todas las regiones libres de colisión alrededor del CVP en movimiento a medida que gira yse aleja de una estacionaria.
Después de precalcular esas regiones libres de colisión, el CVP encuentra la trayectoria más corta hasta su destino final, lo que aún evita que golpee la unidad estacionaria. En particular, se utilizan técnicas de optimización para hacer que todo el proceso de planificación de trayectoria sea muy eficiente, conla precomputación tardó poco más de 100 milisegundos en encontrar y refinar rutas seguras. Usando datos del GPS y la IMU, el coordinador estima su pose y velocidad en su centro de masa, y controla de forma inalámbrica todas las hélices de cada unidad y se mueve hacia elubicación del objetivo.
En sus experimentos, los investigadores probaron CVP de tres unidades, que constan de un coordinador y dos trabajadores, en varios escenarios diferentes de cambio de forma. Cada escenario involucraba un CVP que se desenganchaba de la forma inicial y se movía y volvía a un punto objetivo alrededor de un segundo CVP.
Tres CVP, por ejemplo, se reorganizaron desde una línea recta conectada, donde estaban enganchados a sus lados, en una línea recta conectada en la parte delantera y trasera, así como una "L" en simulaciones por computadora, arribaa 12 unidades de roboat se reorganizaron, por ejemplo, desde un rectángulo en un cuadrado o desde un cuadrado sólido en forma de Z.
ampliación
Los experimentos se realizaron en unidades de bote de un cuarto de tamaño, que miden aproximadamente 1 metro de largo y medio metro de ancho. Pero los investigadores creen que su algoritmo de planificación de trayectoria escalará bien para controlar unidades de tamaño completo, que medirán aproximadamente 4 metros de largoy 2 metros de ancho.
En aproximadamente un año, los investigadores planean usar los botes para formar un "puente" dinámico a través de un canal de 60 metros entre el Museo de Ciencias NEMO en el centro de la ciudad de Amsterdam y un área que está en desarrollo. El proyecto, llamado RoundAround,empleará roboats para navegar en un círculo continuo a través del canal, recogiendo y dejando pasajeros en los muelles y deteniéndose o cambiando de ruta cuando detecten algo en el camino. Actualmente, caminar por esa vía fluvial toma alrededor de 10 minutos, pero el puente puede cortar esotiempo de alrededor de dos minutos.
"Este será el primer puente del mundo compuesto por una flota de barcos autónomos", dice Ratti. "Un puente normal sería muy costoso, ya que hay barcos que pasan, por lo que necesitaría un puente mecánico que se abraarriba o un puente muy alto. Pero podemos conectar dos lados del canal [mediante el uso de] barcos autónomos que se convierten en una arquitectura dinámica y receptiva que flota en el agua ".
Para alcanzar esa meta, los investigadores están desarrollando aún más los botes para asegurarse de que pueden sujetar a las personas de manera segura y son resistentes a todas las condiciones climáticas, como la lluvia intensa. También se aseguran de que los botes se puedan conectar efectivamente a los lados delos canales, que pueden variar mucho en estructura y diseño.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Rob Matheson. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Cita esta página :