Roboty są zazwyczaj sterowane przez czujniki i siłowniki połączone z jednostką centralną – swego rodzaju robotycznym układem nerwowym. Tradycyjnie elastyczność systemu jest ograniczona, gdyż tego rodzaju układy nerwowe są mapowane dokładnie do kształtu robota. Opracowanie bardziej modułowego systemu, tworzonego przez wiele jednostek, zapewniłoby większe zdolności adaptacyjne. Istotnie, roboty mogłyby zasadniczo wykazywać się większą adaptacją morfologiczną w ciągu swojego istnienia niż organizmy naturalne – roboty o różnych zdolnościach, kształtach i rozmiarach konfigurujące się zgodnie z zapotrzebowaniem.
Jednak ograniczenia dotyczące zakresu predefiniowanych kształtów, jakie potrafią utworzyć jednostki, a także poleganie na rozproszonym sterowaniu, zawężają koordynację i sterowanie robotami modułowymi, które są w stanie realizować jedynie wąski zakres zaprogramowanych zachowań. Zespół pracujący nad finansowanym ze środków UE projektem E-SWARM poinformował niedawno o udanym projekcie systemu modułowego, który umie dostosowywać swój układ, autonomicznie tworząc kształty i rozmiary, odpowiednio do zadania lub środowiska.
Wprowadzanie robotów o łączliwych układach nerwowych (MNS)
Wyniki badań opublikowane niedawno w czasopiśmie
Nature Communications zwracają uwagę, że zachowanie większości aktualnych robotów modularnych jest sterowane wedle paradygmatów przypominających sygnały biochemiczne używane przez proste organizmy naturalne, takie jak jednokomórkowe śluzowce, które potrafią zmienić skład swojego organizmu. Jednak te biologiczne odpowiedniki nie posiadają układu nerwowego, który może holistycznie połączyć całkowicie różne części w funkcjonalną i adaptacyjną całość. To oznacza, że polegają na rozproszonych podejściach do koordynacji, nawet jeśli mogą być jednostkowo autonomiczne.
Zespół E-SWARM przedstawia w zarysie sposób, w jaki powstały roboty, których korpusy i systemy sterowania tworzą nowe systemy robotyczne wedle potrzeb, zachowując przy tym pełne sterowanie sensomotoryczne, niezależnie od kształtu i rozmiaru. W systemie robotycznym MNS, w którym jednostki są połączone za pośrednictwem układu nerwowego, centralna jednostka decyzyjna jest nazywana „jednostką mózgową”. Te roboty o łączliwych układach nerwowych (MNS) były w stanie łączyć się poprzez absorpcję jednostek o różnych zdolnościach w celu tworzenia większych klastrów z jednym centralnym sterownikiem; dzielić się na odrębne korpusy z niezależnymi „jednostkami mózgowymi” i samodzielnie się naprawiać poprzez usuwanie lub wymianę nieprawidłowo funkcjonujących części korpusu, w tym jednostki mózgowej.
Zespół przygotował doświadczenie obejmujące dziesięć jednostek robotycznych. Jednostki utworzyły serie robotów MNS o różnych kształtach i wielkościach, stosując się do wstępnie ustalonych zasad behawioralnych. Wszystkie roboty MNS wykazywały na przykład tę samą skoordynowaną reakcję sensomotoryczną na dostarczony bodziec, która polegała na „wskazywaniu” na bodziec za pomocą diod elektroluminescencyjnych (LED) oraz cofaniu się, kiedy był on wystarczająco blisko. Kiedy klaster jednostek wskazuje na bodziec, rozświetlają się tylko te diody LED, które znajdują się najbliżej bodźca, niezależnie od ich jednostki robotycznej.
Budowanie zwinnych robotów przyszłości
Mimo użycia jedynie 10 jednostek w eksperymencie, autorzy artykułu wskazują, że ich system został zaprojektowany w taki sposób, aby być skalowalny, zarówno pod względem zasobów obliczeniowych na potrzeby sterowania robotycznego, jak i czasu reakcji na bodziec w systemie. Wbiegając w przyszłość, zespół sugeruje, że roboty będą prawdopodobnie projektowane pod kątem dostosowywania się do zmieniających się wymogów, a nie jak dotychczas do konkretnych zadań.
Zespół projektowy dąży obecnie do poszerzenia koncepcji samorekonfigurowalnych robotów modularnych, przechodząc ze sfery dwóch do trzech wymiarów, projektując na przykład elastyczne stawy. Zespół sugeruje, że postępy w mocy i technikach obliczeniowych powinny być w stanie skompensować miliony lat, którymi dysponowała ewolucja do rozwiązania tych samych problemów konstrukcyjnych w naturze.
Więcej informacji:
witryna projektu
poleca:
