Mnogi postojeći robotski sustavi crpe inspiraciju iz prirode, umjetno reproducirajući biološke procese, prirodne strukture ili ponašanja životinja kako bi postigli određene ciljeve. To je zato što su životinje i biljke urođeno opremljene sposobnostima koje im pomažu da prežive u svom okruženju, a koje bi stoga mogle poboljšati rad robota i izvan laboratorijskih postavki.
“Mekane robotske ruke su nova generacija robotskih manipulatora koji crpe inspiraciju iz naprednih sposobnosti manipulacije koje pokazuju organizmi 'bez kostiju', kao što su pipci hobotnice, slonove surle, biljke itd.,” Enrico Donato, jedan od istraživača koji su proveli studija, rekao je Tech Xplore. “Prevođenje ovih principa u inženjerska rješenja rezultira sustavima koji su sastavljeni od fleksibilnih laganih materijala koji se mogu podvrgnuti glatkim elastičnim deformacijama kako bi proizveli popustljivo i spretno kretanje. Zbog ovih poželjnih karakteristika, ovi sustavi se prilagođavaju površinama i pokazuju fizičku robusnost i rad siguran za ljude uz potencijalno niske troškove.”
Dok se meke robotske ruke mogu primijeniti na širok raspon problema iz stvarnog svijeta, mogle bi biti osobito korisne za automatizaciju zadataka koji uključuju postizanje željenih lokacija koje bi mogle biti nedostupne krutim robotima. Mnogi istraživački timovi nedavno pokušavaju razviti kontrolere koji bi omogućili ovim fleksibilnim rukama da se učinkovito pozabave ovim zadacima.
"Općenito, funkcioniranje takvih kontrolera oslanja se na računalne formulacije koje mogu stvoriti valjano mapiranje između dva operativna prostora robota, tj. prostora zadataka i prostora aktuatora", objasnio je Donato. „Međutim, ispravno funkcioniranje ovih kontrolera općenito se oslanja na povratnu informaciju vida koja ograničava njihovu valjanost unutar laboratorijskih okruženja, ograničavajući mogućnost primjene ovih sustava u prirodnim i dinamičnim okruženjima. Ovaj je članak prvi pokušaj prevladavanja ovog neadresiranog ograničenja i proširenja dosega ovih sustava na nestrukturirana okruženja.”
"Suprotno uobičajenoj zabludi da se biljke ne kreću, biljke se aktivno i svrhovito kreću od jedne točke do druge koristeći strategije kretanja temeljene na rastu", rekao je Donato. “Ove su strategije toliko učinkovite da biljke mogu kolonizirati gotovo sva staništa na planetu, što je sposobnost koja nedostaje životinjskom carstvu. Zanimljivo, za razliku od životinja, strategije kretanja biljaka ne proizlaze iz središnjeg živčanog sustava, već nastaju zbog sofisticiranih oblika decentraliziranih računalnih mehanizama.”
Kontrolna strategija koja podupire funkcioniranje upravljača istraživača pokušava replicirati sofisticirane decentralizirane mehanizme koji podupiru kretanje biljaka. Tim je posebno koristio alate umjetne inteligencije temeljene na ponašanju, koji se sastoje od decentraliziranih računalnih agenata kombiniranih u strukturu odozdo prema gore.
"Novost našeg bio-inspiriranog kontrolera leži u njegovoj jednostavnosti, gdje iskorištavamo temeljne mehaničke funkcionalnosti meke robotske ruke kako bismo generirali cjelokupno ponašanje pri dosezanju", rekao je Donato. „Konkretno, ruka mekog robota sastoji se od redundantnog rasporeda mekih modula, od kojih se svaki aktivira kroz trijadu radijalno raspoređenih aktuatora. Dobro je poznato da za takvu konfiguraciju sustav može generirati šest glavnih smjerova savijanja.”
Računalni agenti koji podupiru funkcioniranje timskog kontrolera iskorištavaju amplitudu i vremenski raspored konfiguracije aktuatora za reprodukciju dvije različite vrste pokreta biljke, poznate kao cirkumnutacija i fototropizam. Cirkumutacije su oscilacije koje se uobičajeno opažaju kod biljaka, dok su fototropizam usmjereni pokreti koji grane ili lišće biljke približavaju svjetlu.
Upravljač koji su stvorili Donato i njegovi kolege može se prebacivati između ova dva ponašanja, postižući sekvencijalno upravljanje robotskim rukama u dvije faze. Prva od ovih faza je faza istraživanja, u kojoj ruke istražuju svoju okolinu, dok je druga faza dosezanja, u kojoj se pomiču kako bi došle do željene lokacije ili objekta.
“Možda je najvažniji zaključak ovog konkretnog rada da je ovo prvi put da je redundantnim mekim robotskim rukama omogućeno postizanje sposobnosti izvan laboratorijskog okruženja, s vrlo jednostavnim kontrolnim okvirom,” rekao je Donato. “Nadalje, kontroler je primjenjiv na bilo koji softverrobotruka je imala sličan raspored pokretanja. Ovo je korak prema korištenju ugrađenih senzora i distribuiranih strategija upravljanja u kontinualnim i mekim robotima.”
Do sada su istraživači testirali svoj kontroler u nizu testova, koristeći modularnu laganu i meku robotsku ruku pokretanu kablom s 9 stupnjeva slobode (9-DoF). Njihovi su rezultati bili vrlo obećavajući, budući da je kontroler omogućio ruci da istraži svoje okruženje i dosegne ciljnu lokaciju učinkovitije od drugih strategija upravljanja predloženih u prošlosti.
U budućnosti bi se novi kontroler mogao primijeniti na druge mekane robotske ruke i testirati u laboratorijskim i stvarnim postavkama, kako bi se dodatno procijenila njegova sposobnost da se nosi s dinamičkim promjenama okoliša. U međuvremenu, Donato i njegovi kolege planiraju dalje razvijati svoju strategiju kontrole, tako da može proizvesti dodatne pokrete i ponašanja robotskih ruku.
"Trenutačno želimo poboljšati mogućnosti kontrolera kako bismo omogućili složenija ponašanja kao što su praćenje cilja, zbrajanje cijele ruke, itd., kako bismo omogućili takvim sustavima da funkcioniraju u prirodnim okruženjima dulje vrijeme", dodao je Donato.
Vrijeme objave: 6. lipnja 2023