世界范圍內的機器人研究者們一直在自然中尋找創(chuàng )造更好機器人的靈感和模式,而微型傳感器是機器人中不可或缺的部件。近來(lái),在螞蟻的啟發(fā)下,相關(guān)的機器人研究人員研制出一種微型機器人。
類(lèi)似于蟻群是大力士,能舉起數倍甚至數十倍的物體。但是由于體型很小,螞蟻個(gè)體的能力確實(shí)是很有限的。但通過(guò)群組的協(xié)作,一群螞蟻可以有序地分工,建立復雜的巢穴,安排行進(jìn)路線(xiàn)。簡(jiǎn)而言之,就是通過(guò)交流和合作來(lái)最大化團隊能力。機器人Tribots的功能和螞蟻很相似。單只Tribots能推比自己重幾倍的物體,跳得比自己高;當這些物體聚集在一起時(shí),不同的個(gè)體可以相互協(xié)作,共同完成相同的任務(wù),甚至一個(gè)機器人能對多個(gè)其他個(gè)體發(fā)出指令,讓多個(gè)機器人共同完成協(xié)作任務(wù)。但是機器人之間的通訊不需要觸角。
從外形上看,Tribots一點(diǎn)也看不出螞蟻的樣子,它更像是一塊由許多輕薄材料折疊而成的電路板,由于其獨特的外形,被稱(chēng)為三足機器人。雖然它的尺寸不超過(guò)10厘米,重量只有10克,但這種巧妙的組合使這種簡(jiǎn)單的三足機器人有5種不同的運動(dòng)方式:垂直跳躍、水平跳躍、障礙物翻轉、平臺和非平面跳躍。
每一臺機器人都裝備有用于感知和通信的小型紅外和距離傳感器,這是機器人能夠根據環(huán)境獨立應對和個(gè)人通信的硬件基礎。根據EPFL的說(shuō)法,這種機器人還可以根據不同的使用要求裝載更多的傳感器。照片:Tribot是用各種傳統的電子元件折疊組裝的。
每一個(gè)機器人都攜帶一個(gè)小型鋰電池,能夠獨立為其提供所有需要的能量,傳感器,和形成自驅動(dòng)能力。在動(dòng)力方面,研究小組選擇了SMA,它可以在特定的溫度下變形,并在溫度恢復時(shí)恢復形狀。
研究小組在機器人機構內安裝微型加熱器,通過(guò)短時(shí)間加熱控制SMA的加熱器,使機器人肌肉得到充分發(fā)揮。該機器人通過(guò)對加熱器動(dòng)作的控制,分別控制每只腳的運動(dòng),完成特定的動(dòng)作。
這一結構使得Tribot有很多種運動(dòng)方式,比如前后腳連續向前,完成向前行走的動(dòng)作;同時(shí)還能通過(guò)控制三條腿間的配合來(lái)完成空翻動(dòng)作,跨越障礙;在向上跳躍的測試中,Tribot的跳躍高度可達自己身高的2.5倍。
作者稱(chēng),這是受一種叫“鋸針蟻”的螞蟻的啟發(fā),這種螞蟻的特征是有一個(gè)特殊的顎夾,能在0.13毫秒內將其打開(kāi)至180度,這樣就能迅速地拍打地面,并迅速將其彈出。
但是更重要的是:同樣的結構,不同的角色分工,這就是螞蟻的一大特征。
Tribot認為,盡管各機器人具有完全相同的結構和形態(tài),但各機器人的運動(dòng)能力實(shí)現不同的分工,從而達到合作的目的,這是基于機器人個(gè)人與團體之間的溝通能力。
舉例來(lái)說(shuō),研究人員將兩個(gè)Tribots分別設為領(lǐng)頭和跟隨者,當前者經(jīng)過(guò)空隙時(shí),通過(guò)傳送信號向后者傳達前方地形的變化,使后者可以跳過(guò)空隙而不用注意到空隙。
另外一項測試是,研究人員設定一個(gè)機器人不能推動(dòng)的物體,讓兩個(gè)Tribots一起推動(dòng)它到特定位置。更為有趣的是,他們之間的合作是由另一個(gè)機器人來(lái)指揮,讓兩個(gè)工作人員像指揮官一樣一起工作。
每一個(gè)Tribot就像一只螞蟻,可以扮演不同的角色。在面對新的任務(wù)、未知環(huán)境或者其他機器人迷路的情況下,它們也能立刻成為新的角色。那是螞蟻在自然界無(wú)法做到的。研究者EPFL能夠重建機器人實(shí)驗室主任JamiePaik的話(huà)。
Tribots可以在將來(lái)的實(shí)際應用中大量地部署到現場(chǎng),比如執行緊急搜索任務(wù)。因為有大量的機器人,而且通訊能力強,它們可以在很大程度上快速地確定目標,而無(wú)需依靠GPS。
因為它們能大量生產(chǎn)和部署,所以一些機器人的失敗不會(huì )影響到任務(wù)的成功。由于它們獨特的集體協(xié)作能力,我們的小機器人能更好地適應未知環(huán)境,因此,在一些任務(wù)中,它們比大機器人有更強的能力。
同時(shí),作者也強調指出,可以將其看作是一種有趣的平臺,以探索新的運動(dòng)模式以及為具體任務(wù)定制機器人的可能性。
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