Anonim

Skiftende roboter er flattest Transformer noensinne

Robotics

Darren Quick

6. august 2010

Studded med magneter og elektroniske muskler kjent som aktuatorer, kan en prototype robot utviklet hos MIT automatisk kaste seg inn i et fly eller en origami båt

Hvis de var ekte, ville Transformers harking fra Cybertron bli ansett som ganske bemerkelsesverdige maskiner. Men deres transformerende evner er begrenset til bare to former. Ved å kombinere origami og elektroteknikk, arbeider forskere ved MIT og Harvard for å utvikle den ultimate rekonfigurerbare roboten - en som kan forvandle seg til absolutt alt. For å teste ut deres teorier, bygde forskerne en prototype som automatisk kan ta formen på enten en origami-båt eller et papirfly når det mottar forskjellige elektriske signaler.

Et av de store forskningsområdene i distribuert robotteknologi - Robotsystemer som kan fungere sammen for å takle kompliserte oppgaver - er det som kalles "programmerbar sak", ideen om at små, ensartede roboter kunne knytte sammen som intelligente Legos for å skape større, mer allsidige roboter. Den amerikanske forsvarsdepartementets forsvarsavdeling for avansert forskningsprosjekt (DARPA) har et programmerbart materiellprosjekt som finansierer mye forskning på området og spesifiserer "partikler.

som kan reversibel monteres i komplekse 3D-objekter. "

Men denne tilnærmingen viser seg å ha ulemper, sier professor Daniela Rus, direktør for Distributed Robotics Laboratory ved Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) ved MIT.

"De fleste ser på separate moduler, og de er virkelig bekymret for hvordan disse separate modulene samler seg selv og finner andre moduler for å koble til for å skape den form som de skulle skape, " sier Rus. Men, legger hun til, "aktivt samle moduler for å bygge opp en form bunn-opp, fra grunnen av, er bare veldig hard gitt dagens nåværende teknikk i maskinvaren vår."

Inn i brettet

Så Rus har undersøkt alternative tilnærminger, som ikke krever separate moduler for å lokalisere og koble til hverandre før de begynner å samle mer komplekse former. Heldigvis er også CSAIL Erik Demaine, som begynte på MIT-fakultetet 20 år i 2001, og ble den yngste professoren i MIT-historien. En av Demaines forskningsområder er matematikken til origami, og han og Rus klepte ideen om et flatt ark med materiale med små robotmuskler eller aktuatorer som kunne brette seg inn i nyttige gjenstander.

I prinsippet bør flate ark med flate aktuatorer være mye enklere å lage enn tredimensjonale roboter med nok intelligens som de kan finne og knytte til hverandre.

For omtrent et år siden viste Demaine og flere kolleger at et stort nok ark som ble krøllet i det som kalles "boksplissemønsteret", kunne brettes i en nær tilnærming til en mulig tredimensjonal form. Boksplattemønsteret deler arket i firkanter, som hver har en diagonal krone over den; men hvis to firkanter deler en kant, er deres diagonale krøller speilbilder. Dette papiret markerte første gang universelliteten til et krøllemønster hadde blitt vist, selv om Demaine og hans medarbeidere siden har bevist at andre krone mønstre også er universelle.

Basert på dette resultatet utviklet Demaine, Rus, Harvards Robert Wood og andre, algoritmer som, gitt en vilkårlig tredimensjonal form, kunne generere en sekvens av folder som ville produsere den fra et boksplissert ark.

Men likevel eksisterte ikke et robotsystem som kunne utføre den sekvensen av folder automatisk. I prinsippet ville en universell origami robot ha aktuatorer på begge sider av hver krone, slik at arket kunne brette seg i begge retninger når som helst. Men et system som er komplisert er vanskelig å bygge, og før det ble foretatt, håpet forskerne å demonstrere levedyktigheten av deres tilnærming.

Vet når du skal kaste dem

Så designet de enda et sett med algoritmer som, gitt sekvenser av folder for flere forskjellige former, ville bestemme minimums antall aktuatorer som var nødvendige for å produsere dem alle. Da satte de seg om å bygge en robot som faktisk kunne påta seg flere origamiformer. Prototypen deres, laget av glassfiber- og hydrokarbonmaterialer, med elastisk plast på krøllene, er delt inn i 16 kvadrater omtrent en centimeter over, som hver er videre delt inn i to trekanter. Aktuatorene består av en form-minnelegering - et metall som endrer form når strømmen påføres det. Hver triangel har også en magnet i den, slik at den kan feste seg til naboene når de riktige brettene har blitt utført.

Arket er for lite - eller, avhengig av perspektivet, er trekanter for store - for å gjøre alt veldig nyttig enda. Men forskerne sier at det i prinsippet er mulig å bygge enten et lignende ark med mye mindre bevegelige deler, eller et større ark med tilsvarende store bevegelige deler.

Med et finere kornblad, kan du tenke deg å laste ned den nye iPhone, sier Demaine. "På samme måte som du laster ned den nyeste CDen fra favorittlisten din helt elektronisk, kan du tenke deg å laste ned figurer elektronisk, og programmeringsmaskinvare på samme måte som du programmerer programvare." Større ark kan aktivere "et telt som kan tilpasse sin form i henhold til vinden slik at den ikke blåser over, sier Demaine, eller "en solcelle som kan tilpasse sin form til solen og skymønsteret og hva som ikke."

Demaine sier at han og hans gruppe nærmer seg problemet fra to retninger. På den ene siden forsøker de å matematisk modellere fleksibiliteten til trekanter, slik at foldingsalgoritmene kan ta det i betraktning. På den annen side tar de noen foreløpige første skritt mot en teori om origami med stive materialer.

Studded med magneter og elektroniske muskler kjent som aktuatorer, kan en prototype robot utviklet hos MIT automatisk kaste seg inn i et fly eller en origami båt

Anbefalt Redaksjonens