Команда под руководством Корнеллского университета разработала модульных роботов, способных «адекватно» воспринимать окружающую среду, самостоятельно принимать решения и автономно (без участия человека) принимать разные формы для выполнения различных задач.
«Это первый раз, когда модульные роботы были продемонстрированы с автономной реконфигурацией и поведением, основанным на восприятии», — сказал Хадас Кресс-Газит, доцент Школы машиностроения и аэрокосмической техники Sibley и главный исследователь проекта. «Мы создаем модульную систему, которая способна выполнять разные задачи автономно. Изменяя задачу высшего уровня, она полностью меняет свое поведение ».
Результаты этого исследования были опубликованы в Science Robotics.
Роботы состоят из кубовидных модулей на колесах, которые могут самостоятельно отсоединяться и присоединяться для формирования новых форм с различными возможностями. Модули, разработанные исследователями из Университета Пенсильвании, включают в себя магниты для соединения друг с другом, а также модули Wi-Fi для связи с централизованной системой.
Сменные модули подключаются к измерительному (сенсорному) модулю, оснащенному небольшим компьютером и несколькими камерами для сбора и обработки данных о его окружении. Программное обеспечение робота включает в себя планировщик высокого уровня для управления его действиями и изменениями конфигурации, а также алгоритмы восприятия, которые могут отображать, перемещаться и классифицировать среду (небольшой видео обзорчик):
В более ранней работе исследователи создали онлайн-инструмент с открытым исходным кодом, где пользователи могли сами создавать, моделировать и тестировать проекты для конфигураций и поведения роботов. Они создавали библиотеку на основании конкурсов дизайна, предлагая студентам самостоятельно изобретать и проводить тестирование различных форм.
Сейчас библиотека состоит из 57 возможных конфигураций роботов, таких как Хоботок (англ. Proboscis с длинной рукой спереди), Скорпион ( англ. Scorpion модули, расположенные в перпендикулярных линиях, с горизонтальным рядом спереди), и Снейк (англ. Snake модули в одной строке), и 97 вариантов поведения, такие как погрузка, захват на высоте (подобно крану), передвижение или снижение. После получения задачи роботом, его планировщик высокого уровня ищет в библиотеке формы и поведения, которые соответствуют потребностям текущей задачи.
Первые роботы
По словам Кресс-Газит, другие модульные робототехнические системы успешно выполняют конкретные задачи в контролируемых средах, но эти роботы являются первыми, кто продемонстрировал полностью автономное поведение и реконфигурации в зависимости от задачи и «знакомой» среды.
«Я хочу рассказать роботу, что он должен делать, каковы его цели, но не то, как он должен это делать», — сказала она. «На самом деле я не прописываю:« Двигайся влево, меняй свою форму ». Все эти решения принимаются роботом автономно».
Команда доказала эффективность своей системы тремя экспериментами. В первом случае роботу было поручено находить, извлекать и доставлять все розовые и зеленые объекты в обозначенную зону, отмеченную синим квадратом на стене. Робот использовал конфигурацию «Автомобиль» для исследования, а затем преобразовал себя в «Хоботок», чтобы извлечь розовый объект с узкой дорожки, наконец вернулся к форме автомобиля, чтобы доставить объект.
Во втором эксперименте роботу было поручено поместить печатную плату в почтовый ящик, помеченный розовой лентой на вершине лестницы. В третьем было дано указание поставить почтовую марку высоко на коробке — по сути, та же задача, но требующая различного поведения в разных средах.
Исследователи обнаружили, что аппаратное обеспечение и низкоуровневое программное обеспечение наиболее подвержены ошибкам. Например, во втором эксперименте для успеха потребовалось 24 попытки, а лестница представляла собой особую проблему. Если такие проблемы будут решены, роботы, подобные этим, могут быть использованы для любых работ, которые требуют маневрирования при смене местности, например, для очистки территории после землетрясения или стихийного бедствия, когда роботу может понадобиться проникать в трещины и расколы в зданиях, сказала Кресс-Газит.
«Модульные роботы в целом являются просто захватывающими системами, потому что вы не ограничены одной формой, поэтому есть большая гибкость», — сказала она. «Аппаратное обеспечение все еще находится в стадии исследования и доработки, но если бы у нас были коммерческие модульные роботы, они были бы очень полезны для переменчивой среды работы, где робот должен адаптироваться к своей среде».
