Mange eksisterende robotsystemer henter inspirasjon fra naturen, og gjengir kunstig biologiske prosesser, naturlige strukturer eller dyreadferd for å oppnå spesifikke mål. Dette er fordi dyr og planter er medfødt utstyrt med evner som hjelper dem til å overleve i sine respektive miljøer, og som dermed også kan forbedre ytelsen til roboter utenfor laboratoriemiljøer.
"Myke robotarmer er en ny generasjon av robotmanipulatorer som henter inspirasjon fra de avanserte manipulasjonsegenskapene som vises av 'benløse' organismer, som blekkspruttentakler, elefantsnapper, planter, etc.," Enrico Donato, en av forskerne som utførte studien, fortalte Tech Xplore. "Å oversette disse prinsippene til tekniske løsninger resulterer i systemer som er laget av fleksible lettvektsmaterialer som kan gjennomgå jevn elastisk deformasjon for å produsere medgjørlig og fingernem bevegelse. På grunn av disse ønskelige egenskapene, tilpasser disse systemene seg til overflater og viser fysisk robusthet og menneskesikker drift til potensielt lave kostnader."
Mens myke robotarmer kan brukes på et bredt spekter av virkelige problemer, kan de være spesielt nyttige for å automatisere oppgaver som involverer å nå ønskede steder som kan være utilgjengelige for stive roboter. Mange forskerteam har nylig forsøkt å utvikle kontrollere som vil tillate disse fleksible armene å effektivt takle disse oppgavene.
"Generelt sett er funksjonen til slike kontroller avhengig av beregningsmessige formuleringer som kan skape en gyldig kartlegging mellom to operasjonsrom til roboten, dvs. oppgave-rom og aktuator-rom," forklarte Donato. "Men den riktige funksjonen til disse kontrollerene er generelt avhengig av visjons-feedback som begrenser deres gyldighet i laboratoriemiljøer, og begrenser utplasseringen av disse systemene i naturlige og dynamiske miljøer. Denne artikkelen er det første forsøket på å overvinne denne uadresserte begrensningen og utvide rekkevidden til disse systemene til ustrukturerte miljøer."
"I motsetning til den vanlige misoppfatningen om at planter ikke beveger seg, beveger planter seg aktivt og målrettet fra ett punkt til et annet ved å bruke bevegelsesstrategier basert på vekst," sa Donato. "Disse strategiene er så effektive at planter kan kolonisere nesten alle habitater på planeten, en evne som mangler i dyreriket. Interessant nok, i motsetning til dyr, stammer ikke plantebevegelsesstrategier fra et sentralnervesystem, men snarere oppstår de på grunn av sofistikerte former for desentraliserte databehandlingsmekanismer."
Kontrollstrategien som underbygger funksjonen til forskernes kontroller prøver å gjenskape de sofistikerte desentraliserte mekanismene som ligger til grunn for plantenes bevegelser. Teamet brukte spesifikt atferdsbaserte verktøy for kunstig intelligens, som består av desentraliserte dataagenter kombinert i en nedenfra og opp-struktur.
"Nyheten til vår bio-inspirerte kontrolleren ligger i dens enkelhet, der vi utnytter de grunnleggende mekaniske funksjonalitetene til den myke robotarmen for å generere den generelle nåoppførselen," sa Donato. "Spesifikt består den myke robotarmen av et redundant arrangement av myke moduler, som hver aktiveres gjennom en triade av radialt anordnede aktuatorer. Det er velkjent at for en slik konfigurasjon kan systemet generere seks prinsipielle bøyeretninger."
Databehandlingsagentene som underbygger funksjonen til teamets kontroller, utnytter amplituden og timingen av aktuatorkonfigurasjonen for å reprodusere to forskjellige typer plantebevegelser, kjent som cirkumnutasjon og fototropisme. Omløp er svingninger som ofte observeres i planter, mens fototropisme er retningsbevegelser som bringer en plantes grener eller blader nærmere lyset.
Kontrolleren laget av Donato og hans kolleger kan bytte mellom disse to atferdene, og oppnå sekvensiell kontroll av robotarmer som strekker seg over to stadier. Den første av disse stadiene er en utforskningsfase, hvor armene utforsker omgivelsene, mens den andre er en nåfase, hvor de beveger seg for å nå et ønsket sted eller objekt.
"Kanskje det viktigste med dette arbeidet er at dette er første gang redundante myke robotarmer har blitt aktivert for å nå evner utenfor laboratoriemiljøet, med et veldig enkelt kontrollrammeverk," sa Donato. "I tillegg er kontrolleren egnet for alle mykerobotarm ga et lignende aktiveringsarrangement. Dette er et skritt mot bruk av innebygd sensing og distribuerte kontrollstrategier i kontinuum og myke roboter.»
Så langt har forskerne testet kontrolleren deres i en serie tester, ved å bruke en modulær kabeldrevet, lett og myk robotarm med 9 frihetsgrader (9-DoF). Resultatene deres var svært lovende, ettersom kontrolleren lot armen både utforske omgivelsene og nå et målsted mer effektivt enn andre kontrollstrategier foreslått tidligere.
I fremtiden kan den nye kontrolleren brukes på andre myke robotarmer og testes i både laboratorie- og virkelige omgivelser, for ytterligere å vurdere dens evne til å håndtere dynamiske miljøendringer. I mellomtiden planlegger Donato og hans kolleger å utvikle kontrollstrategien sin videre, slik at den kan produsere ytterligere robotiske armbevegelser og atferd.
"Vi ser for øyeblikket på å forbedre egenskapene til kontrolleren for å muliggjøre mer kompleks atferd som målsporing, helarms-tvinning, etc., for å gjøre slike systemer i stand til å fungere i naturlige miljøer over lengre perioder," la Donato til.
Innleggstid: Jun-06-2023