Mnoho existujících robotických systémů čerpá inspiraci z přírody, uměle reprodukuje biologické procesy, přírodní struktury nebo chování zvířat k dosažení konkrétních cílů. Je to proto, že zvířata a rostliny jsou vrozeně vybaveny schopnostmi, které jim pomáhají přežít v příslušných prostředích, a které by tak mohly zlepšit výkon robotů mimo laboratorní prostředí.
„Měkká robotická ramena jsou novou generací robotických manipulátorů, které se inspirují pokročilými manipulačními schopnostmi, které vykazují „bezkostné“ organismy, jako jsou chapadla chobotnic, sloní choboty, rostliny atd.,“ Enrico Donato, jeden z výzkumníků, kteří provedli studie, řekl Tech Xplore. „Převedení těchto principů do technických řešení vede k systémům, které jsou vyrobeny z pružných lehkých materiálů, které mohou projít hladkou elastickou deformací, aby produkovaly poddajný a obratný pohyb. Díky těmto žádoucím vlastnostem se tyto systémy přizpůsobují povrchům a vykazují fyzickou robustnost a bezpečný provoz s potenciálně nízkou cenou.
Zatímco měkká robotická ramena by mohla být aplikována na širokou škálu reálných problémů, mohla by být zvláště užitečná pro automatizaci úloh, které zahrnují dosažení požadovaných míst, která mohou být pro rigidní roboty nedostupná. Mnoho výzkumných týmů se v poslední době snaží vyvinout ovladače, které by těmto flexibilním ramenům umožnily efektivně řešit tyto úkoly.
„Fungování takových ovladačů obecně závisí na výpočtových formulacích, které mohou vytvořit platné mapování mezi dvěma operačními prostory robota, tj. prostorem úkolů a prostorem ovladače,“ vysvětlil Donato. „Správné fungování těchto ovladačů však obecně závisí na zpětné vazbě zraku, což omezuje jejich platnost v laboratorních prostředích a omezuje nasazení těchto systémů v přirozeném a dynamickém prostředí. Tento článek je prvním pokusem překonat toto neadresné omezení a rozšířit dosah těchto systémů na nestrukturovaná prostředí.“
"Na rozdíl od běžné mylné představy, že rostliny se nepohybují, rostliny se aktivně a cíleně pohybují z jednoho bodu do druhého pomocí pohybových strategií založených na růstu," řekl Donato. „Tyto strategie jsou tak účinné, že rostliny mohou kolonizovat téměř všechna stanoviště na planetě, což v živočišné říši chybí. Zajímavé je, že na rozdíl od zvířat nevycházejí strategie pohybu rostlin z centrálního nervového systému, ale spíše díky sofistikovaným formám decentralizovaných výpočetních mechanismů.
Strategie řízení, na níž je založeno fungování řídicí jednotky výzkumníků, se snaží replikovat sofistikované decentralizované mechanismy, které podporují pohyby rostlin. Tým konkrétně použil nástroje umělé inteligence založené na chování, které se skládají z decentralizovaných výpočetních agentů kombinovaných ve struktuře zdola nahoru.
„Novinka našeho bio-inspirovaného ovladače spočívá v jeho jednoduchosti, kde využíváme základní mechanické funkce měkkého robotického ramene k vytvoření celkového chování při dosahování,“ řekl Donato. „Měkké robotické rameno se konkrétně skládá z redundantního uspořádání měkkých modulů, z nichž každý je aktivován prostřednictvím triády radiálně uspořádaných aktuátorů. Je dobře známo, že pro takovou konfiguraci může systém generovat šest hlavních směrů ohybu.“
Výpočetní prostředky, které jsou základem fungování týmového kontroléru, využívají amplitudu a načasování konfigurace ovladače k reprodukci dvou různých typů pohybů rostlin, známých jako cirkulace a fototropismus. Cirkumutace jsou oscilace běžně pozorované u rostlin, zatímco fototropismus jsou směrové pohyby, které přibližují větve nebo listy rostliny ke světlu.
Ovladač vytvořený Donatem a jeho kolegy může mezi těmito dvěma chováními přepínat a dosáhnout tak sekvenčního ovládání robotických paží rozprostírajících se ve dvou fázích. První z těchto fází je fáze průzkumu, kdy paže zkoumají své okolí, zatímco druhá je fáze dosahování, kdy se pohybují, aby dosáhly požadovaného místa nebo objektu.
„Možná nejdůležitějším přínosem této konkrétní práce je to, že je to poprvé, kdy byla redundantní ramena měkkých robotů umožněna dosahovat schopností mimo laboratorní prostředí s velmi jednoduchým řídicím rámcem,“ řekl Donato. „Ovladač je navíc použitelný pro jakýkoli softrobotrameno poskytovalo podobné ovládací uspořádání. Toto je krok směrem k použití vestavěného snímání a distribuovaných řídicích strategií v kontinuálních a měkkých robotech.
Vědci zatím testovali svůj ovladač v sérii testů pomocí modulárního, kabelem poháněného, lehkého a měkkého robotického ramena s 9 stupni volnosti (9-DoF). Jejich výsledky byly velmi slibné, protože ovladač umožnil rameni prozkoumat své okolí a dosáhnout cílového místa efektivněji než jiné řídicí strategie navržené v minulosti.
V budoucnu by mohl být nový ovladač aplikován na jiná měkká robotická ramena a testován v laboratorním i reálném prostředí, aby bylo možné dále posoudit jeho schopnost vypořádat se s dynamickými změnami prostředí. Mezitím Donato a jeho kolegové plánují dále rozvíjet svou řídicí strategii, aby mohla vytvářet další pohyby a chování robotických paží.
„V současné době se snažíme vylepšit možnosti ovladače, abychom umožnili složitější chování, jako je sledování cíle, twinning celých paží atd., abychom umožnili takovým systémům fungovat v přirozeném prostředí po dlouhou dobu,“ dodal Donato.
Čas odeslání: Jun-06-2023