Robot Segerombolan Berkaki Empat Melintasi Medan Berat — Bersama-sama

Pada masa-masa awal karantina, profesor Notre Dame dan insinyur robotika Yasemin Ozkan-Aydin menggunakan waktu di rumah untuk merakit robot.

Ozkan-Aydin mengembangkan sistem berkaki kolaboratif yang bermanuver di medan yang rumit — sebagai sebuah tim.

Untuk bergerak di medan kasar dan di ruang sempit, Ozkan-Aydin mengusulkan bahwa koneksi fisik antara robot dapat meningkatkan mobilitas. Jika robot individu, misalnya, tidak dapat memindahkan objek sendiri, mengapa robot tidak membentuk sistem multi-kaki yang lebih besar untuk menyelesaikan tugas?

Bagaimanapun, itulah yang dilakukan semut.

“Ketika semut mengumpulkan atau mengangkut benda, jika ada yang menemukan rintangan, kelompok itu bekerja secara kolektif untuk mengatasi rintangan itu. Jika ada celah di jalur, misalnya, mereka akan membentuk jembatan sehingga semut lain dapat menyeberang — dan itulah inspirasi untuk penelitian ini, ”kata Ozkan-Aydin dalam rilis berita terbaru . “Melalui robotika, kami dapat memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang dinamika dan perilaku kolektif sistem biologis ini dan mengeksplorasi bagaimana kami dapat menggunakan teknologi semacam ini di masa depan.”

Dengan printer 3D, Ozkan-Aydin membuat robot berkaki empat dengan panjang 15 hingga 20 sentimeter.

Setiap robot termasuk baterai polimer lithium, mikrokontroler, dan tiga sensor. Bersama dengan sensor cahaya, dua sensor sentuh magnetik di bagian depan dan belakang setiap robot memungkinkan sistem untuk terhubung.

Empat kaki fleksibel mengurangi kebutuhan akan sensor dan suku cadang tambahan, serta memberi robot tingkat kecerdasan mekanis, yang membantu saat berinteraksi dengan medan yang kasar atau tidak rata.

“Anda tidak memerlukan sensor tambahan untuk mendeteksi rintangan karena fleksibilitas pada kaki membantu robot bergerak melewatinya,” kata Ozkan-Aydin. “Mereka dapat menguji celah di jalan setapak, membangun jembatan dengan tubuh mereka; memindahkan objek satu per satu; atau terhubung untuk memindahkan objek secara kolektif di berbagai jenis lingkungan, tidak berbeda dengan semut.”

Ozkan-Aydin memulai penelitiannya untuk studi tersebut pada awal 2020, ketika sebagian besar negara ditutup karena pandemi COVID-19. Setelah mencetak setiap robot, Ozkan-Aydin menguji sistem yang terinspirasi serangga di halaman rumahnya atau di taman bermain bersama putranya.

Lebih Banyak Robot 'Swarm' di Ringkasan Teknologi

Lihat bagaimana NASA membantu drone bekerja sebagai sebuah tim.

Tonton 'BOBbots' di Tech Briefs TV.

Pelajari bagaimana otak manusia dapat memandu kawanan robot.

Profesor Notre Dame melakukan eksperimen di berbagai medan, baik alam maupun buatan. Robot bermanuver melalui dan di sekitar rumput, mulsa, daun, dan biji, serta tangga busa, karpet shag, dan medan kasar balok kayu persegi panjang yang direkatkan ke papan partikel.

Ketika unit individu menjadi macet, ia mengirimkan cahaya ke robot tambahan untuk menunjukkan permintaan bantuan. Setelah merasakan cahaya, robot pembantu terhubung dan memberikan dukungan — dorongan saat mereka berjalan bersama — untuk berhasil melintasi rintangan sambil bekerja secara kolektif.

"Setelah robot penolong menemukan robot pencari dengan mengikuti gradien cahaya, robot itu dipasang dari belakang dan sensor sentuh pada kedua robot, dan menginformasikan robot tentang status koneksi," kata Prof. Ozkan-Aydin kepada Ringkasan Teknologi .

Tim peneliti baru-baru ini mempublikasikan hasil mereka di Science Robotics .

Penelitian yang akan datang akan fokus pada peningkatan kemampuan kontrol, penginderaan, dan daya sistem.

Dalam T&J singkat dengan Ringkasan Teknologi di bawah ini, Ozkan-Aydin menjelaskan apa yang dapat dilakukan swarm setelah fitur tersebut ditingkatkan.

Ringkasan Teknologi :Bagaimana cara kerja sensor sentuh magnetik — apa fungsinya, bagaimana cara mengontrolnya?

Yasemin Ozkan-Aydin :Setiap robot memiliki dua konektor magnet, yang mencakup dua magnet tanah jarang Neodymium dengan polaritas N-S, di bagian depan dan belakang robot. Konektor magnet di bagian belakang terpasang ke ekor dan polaritasnya dapat dibalik (S-N) dengan menggerakkan ekor ke atas. Jadi, saat ekornya naik, dua robot bisa saling terhubung dan saat ekornya turun, mereka bisa lepas.

Ringkasan Teknologi : Saat sinyal “bantuan” dikirim ke robot, bagaimana robot bantuan mengetahui apa yang harus dilakukan dan tindakan apa yang harus diambil?

Yasemin Ozkan-Aydin :Sinyal bantuan — menyalakan lampu LED terang di bagian belakang robot — dikirim ke robot penolong ketika robot pencari terjebak di tangga atau medan kasar. [Status] macet dideteksi oleh intensitas cahaya yang diukur oleh robot pencari. Ketika robot macet, robot tidak dapat bergerak ke arah target (sumber cahaya), dan intensitas cahaya tidak berubah. Robot pembantu selalu menunggu sinyal dari robot pencari.

Tentu saja, ada batasan dalam sistem kami. Misalnya, jika robot pembantu jatuh di luar sinar robot pencari, robot pembantu tidak dapat menemukannya. Dalam desain masa depan, komunikasi antar robot harus ditingkatkan dengan menggunakan jenis sensor lain seperti GPS. Namun, seiring dengan meningkatnya kompleksitas sistem, robot menjadi lebih sulit dikendalikan. Di sini, kecerdasan mekanik memainkan peran penting.

Ringkasan Teknologi :Apa yang dimaksud dengan “kecerdasan mekanis” di sini? Bagaimana tepatnya mereka berinteraksi? Apa yang terjadi ketika satu robot digantung pada rintangan? Bagaimana sinyal dikirim ke robot tambahan?

Yasemin Ozkan-Aydin :Kecerdasan mekanis berarti bahwa suatu mekanisme merespons lingkungan, menyesuaikan diri dengan situasi eksternal baru, atau secara otomatis melakukan beberapa fungsi tanpa umpan balik sensorik atau bimbingan dari pengontrol. Setiap robot memiliki empat kaki yang fleksibel dan memiliki satu ekor. Ketika kaki, atau ekor, menabrak rintangan, ia membungkuk ke belakang dan melintasi rintangan. Setelah melewati rintangan, pegas kembali menarik kaki ke posisi semula. Pembengkokan pasif ini juga meningkatkan area kontak, yang memungkinkan satu kaki atau ekor untuk menghadapi perubahan kekasaran medan, kehilangan kontak dengan tanah selama fase kuda-kuda, atau menginjak atau menabrak rintangan selama fase udara.

Semua robot memiliki dua sakelar seperti sensor sentuh untuk mendeteksi status koneksi:satu di bagian depan dan satu di bagian belakang robot. Ketika dua robot terhubung, pendorong berbentuk kubah yang menempel di ekor menyentuh kedua sensor di ekor robot depan dan di kepala robot belakang. Meskipun tidak ada komunikasi tingkat tinggi (misalnya, mengirim koordinat GPS secara nirkabel) antar robot, sensor sentuh memungkinkan setiap robot mengetahui apakah robot tersebut terhubung dengan robot lainnya. Selain sensor sentuh, terdapat sensor cahaya atau fototransistor di bagian depan bawah setiap robot. Sensor ini digunakan untuk mengukur intensitas cahaya lingkungan dan menyediakan komunikasi lokal antar robot.

Ringkasan Teknologi :Bisakah Anda memperkuat satu atau dua aplikasi praktis di dunia nyata — apa yang bisa dicapai kawanan itu, dan bagaimana caranya?

Yasemin Ozkan-Aydin :Segerombolan robot berkaki dapat melakukan tugas kooperatif di dunia nyata seperti operasi pencarian dan penyelamatan, aplikasi pertanian (seperti penanaman dan pemanenan, pemantauan lingkungan dan inspeksi tanaman, dll.), transportasi objek kolektif, dan eksplorasi ruang angkasa.

Ringkasan Teknologi :Mengenai memberi daya pada mereka, dapatkah Anda membayangkan semacam pemanenan energi, katakanlah, berdasarkan gerakannya?

Yasemin Ozkan-Aydin :Ini adalah poin yang sangat penting yang perlu ditingkatkan dalam desain masa depan. Mungkin mekanisme pemanen energi (seperti bahan piezoelektrik) dapat dipasang pada kaki robot, dan mereka dapat memanen energi saat berjalan, atau setiap robot dapat memiliki panel surya untuk mengisi baterai mereka. Pilihan lainnya adalah hanya satu robot yang dapat dilengkapi dengan mekanisme pemanen energi, untuk mengurangi biaya total, dan dapat mengirimkan daya ke robot lain.

Ringkasan Teknologi :Apa yang mengilhami upaya ini, terutama model alami?

Yasemin Ozkan-Aydin :Studi ini terinspirasi oleh hewan berkaki banyak, seperti kelabang atau kaki seribu, yang dapat bergerak secara efektif di berbagai medan dengan tubuh dan anggota tubuh yang fleksibel serta kumpulan semut yang dapat mengatur diri sendiri dan membuat struktur, seperti jembatan, untuk memecahkan masalah.

Ringkasan Teknologi :Bagaimana Anda ingin meningkatkan robot?

Yasemin Ozkan-Aydin :Saat ini, robot terkendala oleh jangkauan komunikasi yang terbatas. Dengan komunikasi yang lebih baik antar individu, kami berharap unit (berkaki empat) dalam kawanan dapat berkoordinasi dengan baik dan mengubah gaya berjalan mereka sesuai dengan kondisi lingkungan atau tugas yang mereka lakukan. Selain itu, dimensi robot dapat diskalakan sesuai dengan tugas yang harus dilakukan.

Bagaimana menurutmu? Bagikan pertanyaan dan komentar Anda di bawah.