Долгое время самодостаточные машины были одной из ключевых идей в научной фантастике. Стругацкие описывали кибернетическое яйцо, способное автономно развиваться в нужные устройства, а меняющие облик трансформеры полюбились детям и тем, кто остался ребёнком в душе. На протяжении многих лет исследователи из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета работали над тем, чтобы претворить эти фантазии в жизнь хотя бы частично. В последнем номере журнала Science они опубликовали схему робота, который самостоятельно складывается по типу оригами из плоских заготовок, обретает форму и начинает двигаться.
В конструкции робота использованы прежние наработки его соавторов в области запрограммированной трансформации композитных материалов под действием тепла. Ранее они уже демонстрировали на Международной конференции по робототехнике и автоматизации самосборку куба и объёмной фигурки гуманоидного робота. Принцип здесь остался тот же: регулируя температуру можно заставить пластик сгибаться на определённый угол по заранее нанесённым лазером бороздкам.
Самосборка робота-оригами (фото: wyss.harvard.edu).По словам разработчиков, в идеале требуется создать технологию, которая обеспечит сгибание пластика на точно заданный угол в пределах от одного до ста восьмидесяти градусов. В текущем варианте удалось достичь изгибания максимум на сто пятьдесят градусов, чего уже достаточно для большинства практических применений.
Все фрагменты робота-оригами сделаны пятислойными. Основной слой находится в середине «сэндвича» и представляет собой медный лист, в котором лазером вырезали соединения электрической схемы. В нём же размещаются выводы радиоэлементов и контакты для источника питания.
Исходные размеры листа для корпуса робота-оригами чуть меньше формата A4 и составляют 21,5 см на 28 см. С двух сторон медный слой изолирован диэлектрическими вставками из плотной бумаги. Наружные слои изготовлены из композита на основе полистирола. На них нанесены линии сгиба разной глубины, которые и обеспечивают запрограммированную деформацию при нагревании.
Робот-оригами после самосборки (фото: Harvard’s Wyss Institute).«Самое удивительно здесь – это способность робота точно сложиться в объёмную фигуру из плоских листов, согласно предварительно выполненным расчётам», – говорит профессор электротехники и компьютерных наук MIT Даниэла Рус (Daniela Rus).
Во время демонстрации часть манипуляций с прототипом выполнялась вручную. Процесс самосборки был инициирован подключением аккумулятора и проходил поэтапно под действием встроенного нагревательного элемента. Затем в готовый корпус был установил микроконтроллер и запущена управляющая программа, которая заставила робота ползти по столу.
Соавтор исследования профессор Эрик Демейн (Erik Demaine) поясняет, что ручное вмешательство было сделано ради ускорения презентации. В условиях серийного производства роботов процесс их самосборки может быть автоматизирован более полно и запускаться одним движением.
Созданный робот передвигается на четырёх ногах со скоростью 5 см/с. Каждая его нога имеет только одну степень свободы, но этого достаточно для демонстрационных целей. «Раньше мы показали возможность простой самосборки, – поясняет Демейн. – Теперь же мы смогли усложнить объёмные фигуры и заставить их двигаться».
Стадии самосборки робота — вид сверху (фото: mit.edu).Каждый из электродвигателей управляет своей парой ног, передавая на них крутящий момент через восемь механических связей. Конечно, это далеко не единственный возможный вариант. «Особенность заключается ещё и в том, что при необходимости все конечности робота может приводить в движение даже один мотор», – поясняет Даниэла Рус.
Авторы долго экспериментировали с количеством двигателей. Предлагались варианты с одним и с четырьмя моторами. Первый обеспечивал простоту конструкции, а второй – лёгкость управления.
В итоге было решено оставить два двигателя как компромиссный вариант. «Впервые удалось создать роботизированную структуру с заложенной способностью к сложной самосборке, – комментирует работу профессор Калифорнийского университета в Беркли Рональд Фиринг (Ronald Fearing). – Если бы в ней не было электроники, то при создании шаблонов пришлось бы ограничиться примитивными вариантами, в которых весь лист нагревается сразу, а все его части сгибаются одновременно. Встроенная электроника даёт гибкость и огромный потенциал».
Развитие технологии запрограммированной самосборки может привести к появлению лёгких корпусов для роботов и приборов произвольной формы. Привлекает здесь и низкая себестоимость решения. Для производства используются дешёвые материалы и обычная двумерная печать, а заготовки любой сложности можно хранить и перевозить как пачку листов.
Группа ученых из Гарварда и Массачусетского технологического института разработали первого робота, способного самостоятельно, без помощи человека собираться до полностью работоспособного состояния. Такую конструкцию, которая призвана стать прототипом для будущих роботов назвали Оригами.
Конструкция состоит из простой бумажной панели, полимеров с памятью формы и гибкой печатной платы, помещенной в центре. Электрические цепи соединяют контроллер с несколькими стратегическими точками конструкции. Кроме того, есть также два двигателя и две батареи. Для начала процесса самосборки микроконтроллер активизирует схемы питания нагревательных элементов в точке изгиба, при выделении тепла панель начинает принимать «запомненную» форму робота, так же, как конструкция обычной бумажной фигурки оригами (которая получается при складывании бумаги).
Когда материал остывает и затвердевает, микроконтроллер дает команду на перемещение, которое происходит со скоростью 5 см в секунду. Понятно, что это лишь экспериментальный образец, который демонстрирует достоинства такой концепции. Данная конструкция вряд ли может иметь практическую ценность при использовании. Однако, разработанное решение интересно тем, что после проведения дополнительных исследований и разработок, можно будет заняться разработкой настоящих роботов, которые самособираются автоматически при наступлении определенных условий (например, при изменении давления или температуры).
Команда инженеров из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета представила результат своих многолетних трудов — робота-оригами, который способен самостоятельно принимать произвольную конфигурацию и передвигаться без посторонней помощи.
"Самое удивительное заключается в том, что мы создали устройство со встроенной способностью к вычислению, несмотря на то, что производство его деталей было столь простым и дешёвым. Когда наш робот-оригами принимает объёмную форму, он как бы обретает третье измерение и делает это именно вследствие своей вычислительной способности", — говорит соавтор исследования Даниэла Рус (Daniela Rus) из Массачусетского технологического института.
На Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации учёные представили концепцию термостойкого робота-оригами, который самостоятельно собирался бы при постепенном нагревании. В итоге они создали конструкцию, которая нагревается за счёт подачи тока по электрическим проводам, которые передают тепло и инициируют свёртывание.
Робот состоит из пяти слоёв материалов, каждый из которых был вырезан посредством лазерной резки. Средний слой состоит из меди и сложной сети электрических проводов, их окружают два слоя бумаги, а наружные слои состоят из полимера с памятью формы, который складывается при нагревании.
Робот самостоятельно собирается за 4 минуты
(фото MIT).
После создания основной конструкции исследователи прикрепили к внешней поверхности робота небольшие моторчики и микропроцессор. Рус и её коллеги отмечают, что прототип был создан вручную, однако в условиях промышленного производства можно будет автоматизировать процесс создания робота-оригами.
"Тонкость работы заключается ещё и в том, что всей системой конечностей робота может управлять один мотор", — рассказывает Рус в пресс-релизе.
Инженеры экспериментировали с различными вариантами и в итоге пришли к заключению, что оптимальное число моторов — это два. Каждый двигатель контролирует пару ног робота и оба они управляются микропроцессором. Каждая нога, в свою очередь, имеет восемь механических "связей", и динамика этих связей преобразует силу двигателя в движение.
"Эта конструкция обладает всего одной степенью свободы. Но её достаточно для механики", — поясняет Рус.
Для обеспечения автономности робота-оригами Рус и её коллеги разработали алгоритм, который может автоматически конвертировать любую описанную в цифровом виде трёхмерную форму в паттерн для свёртывания конструкции робота. Затем учёные провели испытания уже полностью доработанного прототипа.
Эксперимент прошёл крайне успешно: плоская "бумажка" при нагреве до 100 градусов по Цельсию внезапно начала обретать трёхмерные формы и превратилась в робота всего за четыре минуты, после чего поскакала прочь со скоростью 5,4 сантиметра в секунду. Более того, она может поворачиваться на 150 градусов, однако Рус и её команда хотят увеличить эту цифру до 180.
Говоря о потенциальных применениях такой технологии, исследователи отмечают в статье журнала Science, что таким образом можно будет создавать самособирающуюся мебель будущего, а также строить временные убежища для людей, пострадавших от природных и техногенных катастроф.
Также по теме:
Напечатанного на 3D-принтере робота-андроида можно собрать самому
Роботов-оригами научились выпекать
Новое оригами-колесо может вписаться в любое пространство
Роботы-муравьи помогут в производстве сложных структур и электроники
Роботы-термиты самостоятельно построили фигурную стену
Робот-оригами имеет пятислойную структуру. Каждый из слоёв изготовлен в соответствие с заданными инструкциями с помощью лазерной резки. Средний слой представляет собой сеть медных проводов, расположенную между листами бумаги. Для изготовления внешних слоёв были использованы специальные полимеры, обладающие способностью запоминать форму.
Изменение формы происходит при нагреве до 100 градусов. Проводниками тепла на конечности робота являются провода. Электронная и механическая часть представлены микропроцессором и двумя моторами.
На самосборку из композитного материала у робота ушло менее 5 минут. Главная особенность процесса – «выпекание», то есть придание узлам механизма нужной формы с помощью нагрева. Эксперимент завершился тем, что «самособранный» робот встал и начал самостоятельно передвигаться со скоростью около 5,5 см/сек.
В перспективе подобную технологию можно будет применять для изготовления, к примеру, самособирающейся мебели или временных жилищ в районах стихийных бедствий.
Робот-оригами, созданный американскими инженерами преимущественно из листов бумаги, показал свою жизнеспособность. Во время теста машина собрала из бумаги недостающие части и ушла в заданном направлении. Разработка была представлена в журнале Science.
Робот состоит из двух моторчиков и микропроцессора. Моторы присоединены к листам бумаги, находящимся между полимерами с памятью формы. В середине пятислойной конструкции находится медная сетка. Провода передают тепло от моторчиков к сетке, которая влияет на полимерные материалы. Те, в свою очередь, при температуре в 100 градусов по Цельсию принимают определённую форму.
Во время испытаний роботу был дан сигнал, и машина начала собираться. За несколько секунд, нагревшись до нужной температуры, робот встал на ноги и сделал несколько шагов. Как отмечается, машина-оригами двигалась со скоростью 5,4 сантиметра в секунду, на ходу совершая повороты в разные стороны.
Робот-оригами, на создание которого инженеры вдохновились древним японским искусством, обещает совершить переворот в роботостроении. С помощью такой технологии можно будет создавать самостоятельно собирающуюся мебель или даже небольшие временные постройки.
В середине июля сотрудник Массачусетского технологического института предложил инновационный способ построения роботов. Была создана разработка, состоящая из полиуретановой решётки и воска. При нагревании воск тает, и робот может принимать любые формы. Местные журналисты окрестили новинку прототипом «Терминатора Т-1000».
Инженеры из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института показали робота, способного самостоятельно собирать себя, а затем приступать к своим обязанностям. Ученые отмечают, что при создании механизма вдохновлялись оригами и живыми организмами — растениями и цветами.
Корпус робота-трансформера выполнен из бумаги и полимерного материала, обладающего памятью формы; для работы ему требуются несколько встроенных моторчиков, микропроцессор, сеть из медных проводов для воздействия теплом на пластик и две батарейки. Все компоненты обойдутся примерно в $100.
На самостоятельную сборку роботу требуется около четырех минут, после чего он без вмешательства извне готов начать движение для выполнения поставленных перед ним задач. Скорость движения оригами-бота — чуть более пяти сантиметров в секунду.
По словам авторов, подобные роботы в перспективе имеют очень широкую сферу применения. «Например, это могут быть спутники, сложенные в виде „сэндвича“, который расслаивается по прибытии на место, а роботы самостоятельно формируют группировку для получения данных», — рассказал Сэм Фелтон из Гарварда.
Существующие прототипы способны «собраться» лишь один раз, обратный процесс пока невозможен, однако инженеры решат и эту задачу.
«Замаскированные роботы» не могут быть фразой, предназначенной для фантастического мира «Трансформеров» в ближайшем будущем, поскольку ученые разработали новый вид роботов, который может собирать себя из плоского листа материала.
Вдохновленный оригами, Японское искусство складывания бумаги, группа исследователей из Гарварда и Массачусетский технологический институт разработали робота который начинается как плоский лист, но затем превращается в машина, похожая на паука, которая может уползти сама - со скоростью около 5.4 сантиметра в секунду.
Как сообщает The Telegraph, команда ранее построила печатный робот-червяк, а также самосворачивающийся светильник, но этот прорыв знаменует собой первый раз, когда робот может поставить себя вместе, а затем переходят к выполнению функции без ввода человека.
Хотя бот-паук в настоящее время работает по таймеру, команда за ним уверен, что он может реализовать тепловые датчики или некоторые другой вид экологически чистой технологии, чтобы гарантировать, что будущие версии реагируют на климатические переменные, такие как температура или давление.
Вот как это работает: лист, который вы видите на видео, состоит из из нескольких слоев бумаги, пластиковых листов, которые могут дать усадку, и податливая печатная плата, как отмечает The New York Times. Когда робот хочет начать складывать его части, микроконтроллер сообщает различные контуров для нагрева и усадки материала, окружающего печатная плата, в результате чего она сложилась. После того, как материал остынет опять же, он затвердевает и позволяет роботу ходить.
После успешного завершения робота команда уже надеясь, что его работа проложит путь к еще большему сложные роботы в будущем, некоторые из которых даже смогут отправиться в космос
"Представьте себе стопку из десятков роботизированных спутников, зажатых между ними. вместе, чтобы их можно было отправить в космос, а затем собрать сами удаленно, как только они попадут туда - они смогут делать снимки, сбор данных и многое другое », - сказал Сэм Фелтон из Гарварда. Университет, ведущий автор отчета о роботе, который был опубликовано в журнале Science.
Менее интересно, но не менее важно, что роботы будущего может обойтись с точки зрения хранения и контроля затрат. С тех пор они по сути, лежал горизонтально, эти машины было бы намного проще хранить и транспорт, одновременно сокращая расходы.
«Этот подход открывает возможности для создания роботов, которые можно эффективно транспортировать или использовать в опасных поисково-спасательная операция, где доступ к сайту может быть limited », - сказал старший редактор журнала« Science »Марк Лавин. пресс-конференция, цитирует Newsweek.
Помимо запусков проектов в космос, профессор Гарварда Доктор Роб Вуд сказал Guardian, что в конечном итоге цель состоит в том, чтобы работать в направлении будущего, в котором люди могут заходить на объект и запросить робота, который мог бы превратиться во что-то способное помощи в домашних делах, таких как подметание и выявление утечки газа.
.
Инженеры Гарварда и Массачусетского технологического института, демонстрируя безрассудное пренебрежение к робокалипсису, создали роботов-оригами, которые могут самостоятельно собрать себя - из плоского листа бумаги и полистирола - и уйти всего за четыре минуты.«Заставить робота собрать себя автономно и фактически выполнить определенную функцию - это веха, за которой мы гнались на протяжении многих лет», - говорит Роберт Вуд из Гарварда, едва сдерживая маниакальное кудахтанье.
Роботы оригами сделаны из композитных листов бумаги и полистирола (Shrinky Dinks). Инженеры печатают на этих листах несколько токопроводящих каналов, а затем используют систему лазерной обработки для создания необходимого рисунка сгиба оригами. Каждый шарнир содержит встроенную схему, которая по команде микроконтроллера выделяет тепло, которое заставляет шарнир складываться.Затем, добавив пару двигателей и микроконтроллер, который знает необходимую схему складывания, робот оживает - сначала складываясь в свою предопределенную форму, а затем уходя. Посмотрите видео: это действительно здорово. [Исследовательский документ: DOI: 10.1126 / science.1252610 - «Метод создания самосгибающихся машин»]
Хотя роботы-оригами из Гарварда и Массачусетского технологического института являются технологическим чудом и довольно симпатичны, для нас это важно. Следить за призом - в данном случае самосборкой.Одно из самых серьезных препятствий в технологиях (и обществе) заключается в том, что по большей части нам все еще приходится собирать все вручную. Роботы и другие автоматизированные процессы могут производить многие из отдельных компонентов, но по-прежнему миллионы людей во всем мире проводят весь день, вставляя виджет A в звездочку B.
Система лазерной обработки, создавая шаблоны складывания оригами для Гарвардского университета. Самособирающийся робот MIT
Теоретически самособирающийся робот (или гаджет) должен знать, как построить себя из отдельных компонентов - почти так же, как почти все в природе самособирается из простых строительных блоков.Как вы понимаете, это резко снизит стоимость производства, а также позволит создать несколько уникальных вариантов использования. Было бы намного эффективнее, если бы мы могли отправить роботов с плоской упаковкой на Луну или Марс или сбросить пачку самосборных роботов-уборщиков в районы бедствий. [Читать: Литий-ионный аккумулятор Origami увеличивает плотность энергии в 14 раз.]
Конечно же, вы учите роботов строить самих себя. Прямо сейчас мы говорим только о изящных роботах, которые могут ходить - но как вы думаете, сколько времени пройдет, прежде чем мы создадим самосборную производственную линию роботов? Да, было бы замечательно, если бы вы могли просто бросить транспортный контейнер, полный компонентов, и заставить его самостоятельно собирать на заводе - но что, если самособирающиеся роботы осознают себя, начнут производить больше заводов, а затем обходят их человеческие приказы и начать производить роботов-солдат, порабощающих человечество?
В популярной культуре есть несколько примеров самособирающихся роботов…
У гарвардских исследователей, конечно, гораздо более благоприятное видение будущего.По сути, они воображают, что у вас будет цех 3D-печати, который может выпускать этих самосборных роботов. «Вы могли бы прийти, описать то, что вам нужно, в довольно общих словах, и вернуться через час, чтобы получить своего робота-помощника», - говорит руководитель проекта Роберт Вуд. Производство нынешних роботов, до двигателей и батарей, обходится всего в 20 долларов, так что это вполне реальный сценарий. Но затем Дон Ингбер, другой исследователь из Гарварда, идет и разрушает все, говоря следующее: «Времена больших, жестких роботов, которые сидят на месте и ежедневно выполняют одну и ту же повторяющуюся задачу, быстро уходят в прошлое.«Мне нравятся мои статичные роботы , черт возьми! По крайней мере, ты всегда знаешь, где они будут…
.Оригами - это японское искусство придания бумаге формы животных, цветов и других предметов. Теперь ученые Гарвардского университета смоделировали или создали робота на основе древней формы искусства . Они создали конструкции, по которым роботы могут собрать себя или собрать самих себя.
Сэм Фелтон конструирует роботов. Аспирант Гарварда работает в лаборатории микроробототехники университета. Его последнее творение - робот шириной 18 сантиметров и длиной 15 сантиметров.У него четыре подвижных ноги, он похож на краба. Сэм Фелтон поговорил с VOA по Skype.
«Мы начали с желания делать роботов как можно быстрее и дешевле. Итак, мы обратились к оригами, чтобы найти способы создать очень сложную и функциональную машину . С математической точки зрения оригами может создать практически все, что захотите. Но весь фокус в том, чтобы добиться того, чтобы это произошло в реальной жизни из настоящих материалов ».
Г-н Фелтон начинает с так называемых полимеров с памятью формы.Это плоские пластиковые листы, меняющие форму при нагревании. Электроника, размещенная между слоями или уровнями материала, запрограммирована или настроена для начала действия складывания. Батарея обеспечивает энергию.
«И мы снабдили их током, очень похожим на электрическую лампочку, которая нагревает эту местность до температуры выше 100 градусов Цельсия. Когда температура достигает 100 градусов по Цельсию, полимеры с памятью формы сжимаются, и это растягивает бумагу, заставляя ее складываться на и на .”
Бумага начинает складываться через 10 секунд.
«И как только этому мозгу приказывают начать работу, он проходит через процесс указания каждой цепи включиться или выключаться, и как только он узнает, что он собран, он приказывает роботу идти вперед».
Сборка робота занимает около четырех минут.
«Здесь мы показали, что вы можете встроить все эти системы в автономного робота и заставить его управлять собственным складыванием».
г.Фелтон написал о своей работе в журнале Science. Он говорит, что этот процесс позволяет исследователям быстро создавать сложных роботов, которые могут быть разных размеров в зависимости от того, что они должны делать. Роботы также сильны своим весом. Одним из ценных качеств является то, что роботы, которые строятся самостоятельно, могут быть доставлены в больших количествах в плоском виде, а затем развернуты там, где они необходимы.
«Мне нравится думать о сборке в космосе. Если бы вы могли отправить вверх стопку плоских листов, которые затем превратились бы в спутники или даже отправили бы эту команду на другую планету, чтобы она превратилась в новую базу.”
Сэм Фелтон говорит, что у таких машин есть и другие возможные применения. Их можно, например, разместить в узких местах обрушившегося здания и развернуть, чтобы искать и спасать людей.
Я Марио Риттер.
Эта история основана на отчете Розанны Скирбл и адаптирована Марио Риттером.
____________________________________________________________
древний - прил. очень старый; давненько
функциональный - прил. в хорошем рабочем состоянии, служит полезному назначению
запрограммировано - прил. то, что было дано компьютерным инструкциям для выполнения задачи, поведения или мышления определенным образом
складывание - против для наложения одной части на другую
роботов - н. Станок, который перемещает и выполняет работу
.
Самосворачивающийся ползучий робот в три этапа. Предоставлено: Сет Кролл, Институт Висс. В течение многих лет группа исследователей из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета работала над роботами-оригами - реконфигурируемыми роботами, которые могли бы складываться в произвольные формы.
В выпуске Science от 7 августа они сообщают о своей последней вехе: робот, почти полностью сделанный из деталей, изготовленных с помощью лазерного резака, который складывается и отползает, как только к нему подключаются батареи.
«Самое интересное здесь заключается в том, что вы создаете это устройство, в которое встроены вычисления в плоскую печатную версию», - говорит Даниэла Рус, профессор электротехники и компьютерных наук Эндрю и Эрны Витерби в Массачусетском технологическом институте и одна из статей Science . соавторы. «И когда эти устройства поднимаются из земли в третье измерение, они делают это продуманно».
К докладуRus присоединились Эрик Демейн, профессор информатики и инженерии Массачусетского технологического института, а также три исследователя из Гарвардского института биологической инженерии и Школы инженерных и прикладных наук Висса: Сэм Фелтон, Майкл Толли и Роб Вуд.
На Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации этой весной Рус, Демейн, Вуд и пять других исследователей из Массачусетского технологического института и Гарварда представили доклад о запекаемых роботах, которые при равномерном нагреве могут самостоятельно собираться из материалов, вырезанных лазером. Новая работа аналогична, но сеть электрических проводов, а не духовка или плита, подает тепло к суставам робота, чтобы инициировать складывание.
«Это интересно с точки зрения геометрии, - говорит Демейн, - потому что позволяет складывать больше вещей.Поскольку мы можем делать последовательность, у нас гораздо больше контроля. И это позволяет нам делать активные складывающиеся конструкции. Вместо того, чтобы самостоятельно собирать его, вы можете заставить его ходить ».
Робот складной. Предоставлено: Сэмюэл ФелтонРобот построен из пяти слоев материалов, вырезанных в соответствии с цифровыми спецификациями с помощью лазерного резака. Средний слой - медь, вытравленная в сложную сеть электрических выводов. Он зажат между двумя структурными слоями бумаги; внешние слои состоят из полимера с памятью формы, который складывается при нагревании.
После того, как материалы, вырезанные лазером, накладываются друг на друга, микропроцессор и один или несколько небольших двигателей прикрепляются к верхней поверхности. В прототипе это крепление производилось вручную, но вместо этого оно могло выполняться с помощью роботизированной системы «подобрать и разместить».
«В механической конструкции есть волшебный соус, образующий систему ног, которая может приводиться в действие одним двигателем», - говорит Рус.
Строящийся робот. Предоставлено: Сэмюэл Фелтон.Фактически, в то время как исследователи экспериментировали как с одномоторными, так и с четырехмоторными конструкциями, в статье Science описывается конструкция, в которой используются два двигателя. Каждый двигатель управляет двумя ногами робота; двигатели синхронизируются микропроцессором. Каждая нога, в свою очередь, имеет восемь механических «звеньев», и динамика этих звеньев преобразует силу, прилагаемую двигателем, в движение.
«Это называется структурой с одной степенью свободы, в которой вам просто нужно повернуть одну рукоятку, и все движется так, как вы хотите», - объясняет Демейн.«Это позволяет вам передать только одну степень свободы в целое сложное движение, используя механику конструкции».
Складывающийся робот, рассказала Наташа Пинол. Предоставлено: Сэмюэл Фелтон, Science / AAAS. В своей предыдущей работе Рус, Демейн и Вуд разработали алгоритм, который может автоматически преобразовывать любую заданную в цифровом виде трехмерную форму в шаблон складывания оригами. Конструкция нового робота должна была продемонстрировать не только возможность создания движения, но и способность выполнять два складывания, необходимые для создания произвольных форм.«Вы должны быть в состоянии сделать один сгиб, в идеале до 180 градусов, в обоих направлениях», - говорит Демейн. «Тогда следующий уровень сложности - сделать так называемое циклическое складывание, когда у вас есть группа панелей, соединенных вместе в цикл, и все они могут складываться одновременно. Это демонстрируется в одном компоненте системы».
Команда из Института Висса Гарварда, SEAS Гарварда и Массачусетского технологического института построила автономного робота, который представляет собой единый композитный лист, запрограммированный на складывание в сложную форму и отползание без какого-либо вмешательства человека.Предоставлено: Гарвардский институт Висс. Самый резкий сгиб, который может выполнить прототип системы, составляет 150 градусов, а не 180. Но, как объясняет Демейн, в оригами обычно используются сгибы на 180 градусов для соединения панелей вместе. При 150-градусном сгибе панели не будут касаться друг друга, но это, вероятно, приемлемо для многих приложений.
Тем временем Демейн планирует пересмотреть теоретический анализ, который был основой оригинального алгоритма складывания исследователей, чтобы определить, можно ли по-прежнему создавать произвольные трехмерные формы со складками не более 150 градусов.
«Это очень интересно, потому что между теорией и приборами всегда есть чем заняться», - говорит Рус. «Я создаю роботов и люблю теорию, а Эрик доказывает теоремы и любит механизмы. Чтобы это исследование работало, вам нужны люди, которые придерживаются единого мнения о том, что важно».
Ссылка : Робот-оригами, почти полностью сделанный из деталей для печати, складывается и уползает (с видео) (2014, 7 августа) получено 13 ноября 2020 с https: // физ.org / news / 2014-08-origami-robot-printable-video.html
Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.
.По отдельности муравьи обладают лишь определенной силой и интеллектом. Однако, будучи колонией, они могут использовать сложные стратегии для выполнения сложных задач и уклоняться от более крупных хищников.
В EPFL исследователи робототехники из лаборатории профессора Джейми Пайка воспроизвели это явление, разработав крошечных роботов, которые демонстрируют минимальный физический интеллект на индивидуальном уровне, но способны общаться и действовать коллективно.Несмотря на простоту конструкции и вес всего 10 граммов, каждый робот имеет несколько режимов передвижения для перемещения по любому типу поверхности. В совокупности они могут быстро обнаруживать и преодолевать препятствия, а также перемещать объекты, которые намного крупнее и тяжелее их самих. Соответствующее исследование было опубликовано в Nature .
Роботы, вдохновленные муравьями-ловушками
Эти трехногие Т-образные оригами роботы называются триботами. Их можно собрать всего за несколько минут, сложив стопку тонких листов из разных материалов, что делает их пригодными для массового производства.Полностью автономные и не привязанные к сети, триботы оснащены инфракрасными датчиками и датчиками приближения для обнаружения и связи. В зависимости от области применения они могут вместить еще больше датчиков.
«Их движения копируют муравьи Odontomachus. Эти насекомые обычно ползают, но, чтобы спастись от хищника, они складывают свои мощные челюсти вместе, чтобы прыгать с листа на лист», - говорит Женишбек Жакыпов, первый автор. Триботы воспроизводят этот механизм катапульты благодаря элегантному дизайну оригами, который сочетает в себе несколько приводов из сплава с памятью формы.В результате один робот может производить пять различных движений: вертикальные прыжки, горизонтальные прыжки, кувырки с преодолением препятствий, ходьба по рельефной местности и ползание по плоской поверхности - точно так же, как эти творчески устойчивые муравьи.
Роли: лидер, работник и исследователь
Несмотря на одинаковую анатомию, каждому роботу отводится определенная роль в зависимости от ситуации. «Исследователи» обнаруживают на своем пути физические препятствия, такие как объекты, долины и горы.Обнаружив препятствие, они информируют остальную группу. Затем «лидер» дает инструкции. Тем временем «рабочие» объединяют свои силы, чтобы перемещать объекты. «У каждого трибота, как и у муравьев Odontomachus, могут быть разные роли. Однако они также могут мгновенно брать на себя новые роли, когда сталкиваются с новой миссией или неизвестной средой, или даже когда другие члены теряются. Это выходит за рамки того, что настоящие муравьи может », - говорит Пайк.
Будущие приложения
В практических ситуациях, таких как миссия экстренного поиска, триботы могут быть развернуты массово.А благодаря своим возможностям связи с несколькими локомотивами и несколькими агентами они могли быстро определять местонахождение цели на большой поверхности, не полагаясь на GPS или визуальную обратную связь. «Поскольку их можно производить и использовать в больших количествах, наличие некоторых« потерь »не повлияет на успех миссии», - добавляет Пайк. «
«Обладая уникальным коллективным интеллектом, наши крошечные роботы могут демонстрировать лучшую приспособляемость к неизвестным средам; поэтому для определенных миссий они будут превосходить более крупных и мощных роботов.«
.
С самого начала человеческой изобретательности люди изобретали все более хитрые инструменты, чтобы справляться с работой, которая является опасной, скучной, обременительной или просто отвратительной. Кульминацией этого принуждения стала робототехника - наука о наделении машин различными человеческими способностями.
A Современный мир все больше населен квазиинтеллектуальными штуковинами, присутствие которых мы почти не замечаем, но чья ползучая вездесущность избавила от многих человеческих трудностей.Наши фабрики гудят в ритме сборки манипуляторов роботов. Наши банковские операции осуществляются через банкоматы, которые вежливо благодарят нас за транзакцию. Нашими поездами метро управляют неутомимые роботы. Наши шахты вырывают автоматические кроты, а наши ядерные аварии - например, на Три-Майл-Айленде и в Чернобыле - устраняются роботами-глушителями, способными противостоять радиации.
Таков объем использования, представленный Карелом Чапеком, чешским драматургом, который ввел термин «робот» в 1920 году (слово «робот» в переводе с чешского означает «принудительный труд»).По мере ускорения прогресса экспериментальное становится доступным для использования с рекордной скоростью.
B Другие инновации обещают расширить возможности человека-оператора. Благодаря непрекращающейся миниатюризации электроники и микромеханики, уже существуют системы роботов, которые могут выполнять некоторые виды операций на головном мозге и костях с субмиллиметровой точностью - гораздо большей точности, чем высококвалифицированные врачи могут достичь с помощью одних рук. В то же время методы управления на большом расстоянии будут держать людей еще дальше от опасности.В 1994 году десятифутовый исследователь-робот НАСА по имени Данте, с глазами видеокамеры и с паучьими ногами, перелез через грозный край вулкана на Аляске, в то время как технические специалисты в 2000 милях от Калифорнии наблюдали за сценой со спутника и контролировали спуск Данте.
C Но если роботы должны достичь следующего уровня полезности, сберегающего труд, им придется работать с меньшим контролем со стороны человека и уметь принимать по крайней мере несколько решений для себя - цели, которые представляют собой серьезную проблему.«Хотя мы знаем, как приказать роботу обработать конкретную ошибку, - говорит один эксперт, - мы еще не можем дать роботу достаточно здравого смысла, чтобы надежно взаимодействовать с динамическим миром». Действительно, поиски настоящего искусственного интеллекта (Ал. ) дал очень неоднозначные результаты. Несмотря на всплеск первоначального оптимизма в 1960-х и 1970-х годах, когда выяснилось, что транзисторные схемы и микропроцессоры могут работать так же, как человеческий мозг к 21-му веку, исследователи недавно расширили свои прогнозы на десятилетия, если не столетия.
D Пытаясь смоделировать мышление, они обнаружили, что примерно сто миллиардов нейронов человеческого мозга намного более талантливы - а человеческое восприятие намного сложнее - чем предполагалось ранее. Они создали роботов, которые могут распознавать смещение панели станка на доли миллиметра в контролируемой производственной среде. Но человеческий разум может мельком увидеть быстро меняющуюся сцену и сразу же игнорировать 98 процентов, которые не имеют отношения к делу, мгновенно сосредоточившись на сурке на обочине извилистой лесной дороги или на единственном подозрительном лице в шумной толпе.Самые продвинутые компьютерные системы на Земле не могут достичь таких способностей, и нейробиологи до сих пор не совсем понимают, как мы это делаем.
E Тем не менее, по мере того как теоретики информации, нейробиологи и компьютерные эксперты объединяют свои таланты, они находят способы получить реалистичный интеллект от роботов. Один метод отказывается от линейной, логической структуры обычных электронных схем в пользу беспорядочного, произвольного расположения нейронов реального мозга. Эти «нейронные сети» не нужно программировать.Они могут «учиться» с помощью системы сигналов обратной связи, которые усиливают электрические пути, вызывающие правильные ответы, и, наоборот, уничтожают связи, которые вызывали ошибки. В конце концов сеть соединяется в систему, которая может произносить определенные слова или различать определенные формы.
F В других областях исследователи пытаются создать более естественные отношения между людьми и роботами, ожидая, что когда-нибудь машины возьмут на себя некоторые задачи, которые теперь выполняются людьми, например, в домах престарелых.Это особенно важно в Японии, где быстро увеличивается процент пожилых граждан. Поэтому эксперименты в Токийском научном университете позволили создать «робота-лицо» - мягкую пластиковую модель женской головы в натуральную величину с видеокамерой, встроенной в левый глаз, в качестве прототипа. Цель исследователей - создать роботов, с которыми людям будет комфортно. Они концентрируются на лице, потому что считают, что выражение лица - самый важный способ передать эмоциональные сообщения.Мы читаем эти сообщения, интерпретируя выражения, чтобы решить, счастлив ли человек, напуган, зол или нервничает. Таким образом, японский робот предназначен для обнаружения эмоций у человека, на которого он «смотрит», путем ощущения изменений в пространственном расположении глаз, носа, бровей и рта человека. Он сравнивает эти конфигурации с базой данных стандартных выражений лиц и угадывает эмоции. Затем робот использует набор крошечных подушечек давления, чтобы настроить свое пластиковое лицо на соответствующую эмоциональную реакцию.
G В других лабораториях используется другой подход, который не пытается имитировать человеческий интеллект или эмоции. Подобно тому, как компьютерный дизайн отошел от одного центрального мэйнфрейма в пользу бесчисленного множества отдельных рабочих станций - и отдельные процессоры были заменены массивами более мелких блоков, которые разбивают большую проблему на части, которые решаются одновременно, - многие эксперты сейчас исследуют, могут ли скопления полуфабрикатов - умные роботы могут генерировать коллективный разум, превышающий сумму его частей.Это то, что делают ульи и колонии муравьев, и несколько команд делают ставку на то, что легионы миниатюрных тварей, работающих вместе, как колония муравьев, могут быть отправлены для исследования климата планет или для проверки труб в опасных промышленных ситуациях.
Отрывок для чтения 2 состоит из семи абзацев A-G .
Из списка заголовков ниже выберите
.
