Многія існуючыя сістэмы робататэхнікі чэрпаюць натхненне з прыроды, штучна прайграваючы біялагічныя працэсы, прыродныя структуры або паводзіны жывёл для дасягнення пэўных мэтаў. Гэта таму, што жывёлы і расліны ад прыроды валодаюць здольнасцямі, якія дапамагаюць ім выжываць у адпаведных умовах, і, такім чынам, могуць палепшыць прадукцыйнасць робатаў па-за лабараторнымі ўмовамі.
«Мяккія рукі робатаў - гэта новае пакаленне робатаў-маніпулятараў, якія чэрпаюць натхненне з пашыраных магчымасцей маніпулявання, якія дэманструюць арганізмы без костак, такія як шчупальцы васьміногаў, хобаты сланоў, расліны і г.д.», - сказаў Энрыка Даната, адзін з даследчыкаў, якія правялі даследаванне, сказаў Tech Xplore. «Пераклад гэтых прынцыпаў у інжынерныя рашэнні прыводзіць да сістэм, якія складаюцца з гнуткіх лёгкіх матэрыялаў, якія могуць падвяргацца плыўнай пругкай дэфармацыі для атрымання падатлівых і спрытных рухаў. Дзякуючы гэтым жаданым характарыстыкам гэтыя сістэмы адпавядаюць паверхням і дэманструюць фізічную трываласць і бяспечную для чалавека эксплуатацыю пры патэнцыйна нізкай цане».
У той час як мяккія рукі робатаў могуць прымяняцца да шырокага спектру рэальных праблем, яны могуць быць асабліва карысныя для аўтаматызацыі задач, якія ўключаюць дасягненне патрэбных месцаў, якія могуць быць недаступныя для жорсткіх робатаў. Многія даследчыя групы нядаўна спрабавалі распрацаваць кантролеры, якія дазволілі б гэтым гнуткім рукам эфектыўна вырашаць гэтыя задачы.
«Як правіла, функцыянаванне такіх кантролераў абапіраецца на вылічальныя формулы, якія могуць стварыць сапраўднае адлюстраванне паміж дзвюма аперацыйнымі прасторамі робата, г.зн. прасторай задач і прасторай прывада», — растлумачыў Доната. «Аднак правільнае функцыянаванне гэтых кантролераў звычайна залежыць ад зваротнай сувязі зроку, што абмяжоўвае іх дзеянне ў лабараторных умовах, абмяжоўваючы магчымасць разгортвання гэтых сістэм у натуральных і дынамічных умовах. Гэты артыкул з'яўляецца першай спробай пераадолець гэтае неразгледжанае абмежаванне і пашырыць ахоп гэтых сістэм на неструктураваныя асяроддзя».
«Насуперак распаўсюджанаму памылковаму меркаванню, што расліны не рухаюцца, расліны актыўна і мэтанакіравана перамяшчаюцца з адной кропкі ў іншую, выкарыстоўваючы стратэгіі руху, заснаваныя на росце», — сказаў Доната. «Гэтыя стратэгіі настолькі эфектыўныя, што расліны могуць каланізаваць амаль усе месцы пражывання на планеце, здольнасць якой адсутнічае ў жывёльным свеце. Цікава, што, у адрозненне ад жывёл, стратэгіі перамяшчэння раслін не вынікаюць з цэнтральнай нервовай сістэмы, а, хутчэй, узнікаюць з-за складаных формаў дэцэнтралізаваных вылічальных механізмаў».
Стратэгія кіравання, якая ляжыць у аснове функцыянавання кантролера даследчыкаў, спрабуе паўтарыць складаныя дэцэнтралізаваныя механізмы, якія ляжаць у аснове руху раслін. Каманда спецыяльна выкарыстала інструменты штучнага інтэлекту, заснаваныя на паводзінах, якія складаюцца з дэцэнтралізаваных вылічальных агентаў, аб'яднаных у структуру знізу ўверх.
«Навінка нашага біялагічнага кантролера заключаецца ў яго прастаце, дзе мы выкарыстоўваем асноўныя механічныя функцыі мяккай рукі робата, каб стварыць агульныя паводзіны дасягнення», — сказаў Доната. «У прыватнасці, мяккая рука робата складаецца з рэзервовага размяшчэння мяккіх модуляў, кожны з якіх актывуецца з дапамогай трыяды радыяльна размешчаных прывадаў. Агульнавядома, што для такой канфігурацыі сістэма можа генераваць шэсць асноўных кірункаў выгібу».
Вылічальныя агенты, якія ляжаць у аснове функцыянавання кантролера каманды, выкарыстоўваюць амплітуду і час канфігурацыі прывада для прайгравання двух розных тыпаў рухаў раслін, вядомых як цыркумнутацыя і фотатрапізм. Цыркументацыі - гэта ваганні, якія звычайна назіраюцца ў раслін, у той час як фотатрапізм - гэта накіраваныя рухі, якія набліжаюць галіны або лісце расліны да святла.
Кантролер, створаны Доната і яго калегамі, можа пераключацца паміж гэтымі двума паводзінамі, дасягаючы паслядоўнага кіравання рабатызаванымі рукамі, якія ахопліваюць два этапы. Першы з гэтых этапаў - гэта этап даследавання, калі рукі даследуюць наваколле, а другі - этап дасягнення, калі яны рухаюцца, каб дасягнуць патрэбнага месца або аб'екта.
«Магчыма, самым важным высновай з гэтай канкрэтнай працы з'яўляецца тое, што гэта першы раз, калі рэзервовыя мяккія рукі робата дазваляюць дасягнуць магчымасцей па-за лабараторным асяроддзем, з дапамогай вельмі простай сістэмы кіравання», - сказаў Доната. «Больш за тое, кантролер дастасавальны да любога праграмнага забеспячэнняробатрука забяспечвала аналагічнае прывядзенне ў дзеянне. Гэта крок да выкарыстання ўбудаваных датчыкаў і размеркаваных стратэгій кіравання ў бесперапынных і мяккіх робатах».
Да гэтага часу даследчыкі пратэставалі свой кантролер у серыі тэстаў, выкарыстоўваючы модульную лёгкую і мяккую рабатызаваную руку з 9 ступенямі свабоды (9-DoF), якая кіруецца кабелем. Іх вынікі былі шматспадзеўнымі, бо кантролер дазваляў руцэ даследаваць наваколле і дасягаць мэтавага месца больш эфектыўна, чым іншыя стратэгіі кіравання, прапанаваныя ў мінулым.
У будучыні новы кантролер можа быць ужыты да іншых мяккіх робатаў і пратэставаны як у лабараторыі, так і ў рэальных умовах, каб дадаткова ацаніць яго здольнасць спраўляцца з дынамічнымі зменамі навакольнага асяроддзя. Між тым, Доната і яго калегі плануюць далей развіваць сваю стратэгію кіравання, каб яна магла ствараць дадатковыя рухі і паводзіны робата.
«У цяперашні час мы імкнемся да пашырэння магчымасцяў кантролера, каб забяспечыць больш складаныя паводзіны, такія як адсочванне мэты, суправаджэнне цэлай рукой і г.д., каб дазволіць такім сістэмам функцыянаваць у натуральным асяроддзі на працягу працяглых перыядаў часу», — дадаў Доната.
Час публікацыі: 6 чэрвеня 2023 г