La construcción de robots convencionales generalmente requiere combinar cuidadosamente componentes como motores, baterías, actuadores, segmentos del cuerpo, patas y ruedas. Ahora, los investigadores han adoptado un nuevo enfoque, construyendo un robot completamente a partir de robots más pequeños conocidos como "smarticles" para desbloquear los principios deuna técnica de locomoción potencialmente nueva.
Los smarticles impresos en 3D, abreviatura de partículas activas inteligentes pueden hacer una sola cosa: agitar sus dos brazos. Pero cuando cinco de estos smarticles están confinados en un círculo, comienzan a empujarse unos a otros, formando un sistema robofísicoconocido como "supersmarticle" que puede moverse por sí mismo. Agregar un sensor de luz o sonido permite que el supersmarticle se mueva en respuesta al estímulo, e incluso se controle lo suficientemente bien como para navegar por un laberinto.
Aunque rudimentario ahora, la noción de hacer robots a partir de robots más pequeños, y aprovechar las capacidades grupales que surgen al combinar individuos, podría proporcionar un control basado mecánicamente sobre robots muy pequeños. En última instancia, el comportamiento emergente del grupo podría proporcionarUn nuevo enfoque de locomoción y control para robots pequeños que podrían cambiar de forma.
"Estos son robots muy rudimentarios cuyo comportamiento está dominado por la mecánica y las leyes de la física", dijo Dan Goldman, profesor de la familia Dunn en la Escuela de Física del Instituto de Tecnología de Georgia. "No buscamos poner un control sofisticado, detección y cálculo en todos ellos. A medida que los robots se vuelven cada vez más pequeños, tendremos que usar los principios de la mecánica y la física para controlarlos porque no tendrán el nivel de cálculo y detección que necesitaríamos para el control convencional ".
La investigación, que fue apoyada por la Oficina de Investigación del Ejército y la Fundación Nacional de Ciencia, se publicará el 18 de septiembre en la revista Ciencia Robótica . Investigadores de la Universidad Northwestern también contribuyeron al proyecto.
La base para la investigación provino de una fuente poco probable: un estudio de grapas de construcción. Al verter estas grapas de alta resistencia en un recipiente con lados extraíbles, el ex estudiante de doctorado Nick Gravish, ahora miembro de la facultad de la Universidadof California San Diego: crearon estructuras que se mantendrían solas una vez que se retiraran las paredes del contenedor.
Sacudir las torres de grapas eventualmente provocó su colapso, pero las observaciones llevaron a darse cuenta de que el simple enredo de objetos mecánicos podría crear estructuras con capacidades muy superiores a las de los componentes individuales.
"Un robot hecho de otros robots rudimentarios se convirtió en la visión", dijo Goldman. "Se podría imaginar hacer un robot en el que se modifiquen un poco sus parámetros geométricos y lo que emerge son comportamientos cualitativamente nuevos".
Para explorar el concepto, el asistente de investigación graduado Will Savoie utilizó una impresora 3D para crear smarticles que funcionan con baterías, que tienen motores, sensores simples y potencia informática limitada. Los dispositivos pueden cambiar su ubicación solo cuando interactúan entre ellos mientras están encerradospor un anillo
"Aunque ningún robot individual podría moverse por sí solo, la nube compuesta de múltiples robots podría moverse a medida que se separaba y se encogía mientras se unía", explicó Goldman. "Si colocas un anillo alrededor de la nube de pequeñorobots, comienzan a patearse entre sí y el anillo más grande, lo que llamamos un supermartículo, se mueve al azar ".
Los investigadores notaron que si un pequeño robot dejara de moverse, tal vez porque su batería se agotó, el grupo de smarticles comenzaría a moverse en la dirección de ese robot estancado. El estudiante graduado Ross Warkentin aprendió a controlar el movimiento al agregar sensores de fotos alrobots que detienen el aleteo del brazo cuando un fuerte haz de luz golpea a uno de ellos.
"Si inclina la linterna a la derecha, puede resaltar el robot que desea que esté inactivo, y eso hace que el anillo se mueva hacia él o hacia afuera, a pesar de que no hay robots programados para moverse hacia la luz", dijo Goldman"Eso permitió dirigir el conjunto de una manera muy rudimentaria y estocástica".
El profesor de la Escuela de Física Kurt Wiesenfeld y el estudiante graduado Zack Jackson modelaron el movimiento de estos smarticles y supersmarticles para comprender cómo los empujones y la masa del anillo afectaron el movimiento general. Investigadores de la Universidad Northwestern estudiaron cómo las interacciones entre los smarticles proporcionaron control direccional.
"Para muchos robots, tenemos motores de movimiento de corriente eléctrica que generan fuerzas en partes que colectivamente mueven un robot de manera confiable", dijo Todd Murphey, profesor de ingeniería mecánica que trabajó con los estudiantes graduados del noroeste de Estados Unidos, Thomas Berrueta y Ana Pervan. "Aprendimosque aunque los smarticles individuales interactúan entre sí a través de un caos de impactos que son impredecibles, todo el robot compuesto por esos smarticles se mueve de manera predecible y de una manera que podemos explotar en el software ".
En trabajos futuros, Goldman visualiza interacciones más complejas que utilizan las capacidades simples de detección y movimiento de los smarticles. "La gente ha estado interesada en hacer un cierto tipo de robots de enjambre que se componen de otros robots", dijo. "Estas estructuraspodría reconfigurarse a pedido para satisfacer necesidades específicas ajustando su geometría "
El proyecto es de interés para el Ejército de EE. UU. Porque podría conducir a nuevos sistemas robóticos capaces de cambiar sus formas, modalidades y funciones, dijo Sam Stanton, gerente de programas, dinámica compleja y sistemas en la Oficina de Investigación del Ejército, un elemento de EE. UU.Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército.
"Se cree que los sistemas no tripulados y las redes de sistemas del Ejército del Futuro son capaces de transformar su forma, modalidad y función. Por ejemplo, un enjambre robótico puede algún día ser capaz de moverse a un río y luego formar una estructura de manera autónoma para cubrir la brecha", dijo." La investigación de Dan Goldman está identificando principios físicos que pueden resultar esenciales para la ingeniería del comportamiento emergente en futuros colectivos de robots, así como una nueva comprensión de las compensaciones fundamentales en el rendimiento del sistema, la capacidad de respuesta, la incertidumbre, la resiliencia y la adaptabilidad ".
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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