Menyapa robot zarah


Apabila anda memikirkan robot, perkara pertama yang mungkin terlintas dalam fikiran adalahandroid, seperti yang terdapat dalam filem fiksyen sains dan rancangan TV seperti 'Star Wars' atau 'The Orville'. Atau mungkin anda membayangkanrobot perindustrianyang membina kereta di barisan pemasangan. Kedua-dua robot sebenar dan sci-fi ini terdiri daripada banyak bahagian yang kompleks. Mereka biasanya dirancang untuk tujuan tertentu.

Kini, para penyelidik di MIT, Columbia University, Cornell University dan Harvard University mengatakan bahawa mereka cuba memikirkan semula robotik, dengan cara yang mendasar. Menjelang akhir itu, mereka telah mengembangkan sistem robotik jenis baru -robot zarah- diilhamkan oleh tingkah laku sel biologi. Adakah pengembangan robot partikel adalah langkah ke arah futuristikgoo kelabu, iaitu robot yang terdiri daripadaberbilionnanopartikel? Mungkin. Para penyelidik mengatakan bahawa mereka mempunyai robot yang dapat menjelajah kawasan baru, atau membersihkan kawasan yang tercemar. Merekadiumumkankonsep baru mereka pada 20 Mac 2019. yang berkaitanrakan sebayakertas diterbitkan dalam jurnalAlam semula jadipada hari yang sama.


Seperti namanya, robot ini terdiri daripada 'zarah' - unit berbentuk cakera individu dan serupa, yang dihubungkan secara longgar oleh magnet di sekelilingnya. Zarah hanya boleh mengembang dan berkontrak; itu tidak kedengaran seperti banyak, tetapi apabila gerakan mereka tepat pada waktunya, mereka saling mendorong dan menarik satu sama lain dalam gerakan lancar dan terkoordinasi.

Mereka bahkan dapat menavigasi ke arah sumber cahaya. Seperti yang dijelaskan olehDaniela Rus, pengarah Makmal Sains Komputer dan Kecerdasan Buatan (CSAIL) dan Andrew dan Erna Viterbi Profesor Kejuruteraan Elektrik dan Sains Komputer di MIT:

Kami mempunyai sel robot kecil yang tidak begitu berkemampuan sebagai individu tetapi dapat mencapai banyak prestasi dalam satu kumpulan. Robot dengan sendirinya bersifat statik, tetapi ketika bersambung dengan zarah robot yang lain, secara tiba-tiba kumpulan robot dapat menjelajah dunia dan mengawal tindakan yang lebih kompleks. Dengan ‘sel sejagat’ ini, zarah robot dapat mencapai bentuk yang berbeza, transformasi global, gerakan global, tingkah laku global, dan, seperti yang telah kita tunjukkan dalam eksperimen kita, mengikuti kecerunan cahaya. Ini sangat kuat.

Walaupun zarah-zarah bertindak sebagai satu unit, mereka tidak berkomunikasi secara langsung antara satu sama lain, jadi zarah-zarah dapat dikeluarkan atau ditambahkan mengikut keperluan. Walaupun banyak zarah tidak berfungsi, mereka masih dapat menyelesaikan tugas. Mereka juga sangat fleksibel, dapat menavigasi rintangan dan mengatasi jurang yang ketat. Menurut para penyelidik, robot jenis ini dapat menggunakan sistem yang lebih berskala, fleksibel dan kuat.




Jadi bagaimana zarah-zarah ini berfungsi dan berinteraksi antara satu sama lain?

Oleh kerana zarah-zarah itu adalah cakera, mereka boleh berpusing antara satu sama lain - jenis sepertigear- serta menyambung dan memutuskan sambungan, membentuk banyak konfigurasi yang berbeza. Mereka diprogramkan untuk berkontrak dan berkembang dalam urutan tepat - ini mendorong dan menarik seluruh kumpulan zarah ke arah sumber cahaya. Zarah mempunyaialgoritmayang menganalisis maklumat yang disiarkan mengenai intensiti cahaya dari setiap zarah lain, tanpa memerlukan komunikasi zarah-ke-zarah langsung.

10 cakera bulat dengan lengan kecil di tepi, mesin di tengah.

Pandangan lain mengenai cakera dalam robot zarah. Imej melalui Columbia Engineering.

Susunan robot zarah bulat yang dihubungkan bergerak ke arah sumber cahaya.

Robot zarah dapat menggunakan gerakan gabungan zarah untuk bergerak ke arah sumber cahaya sebagai satu unit. Imej melalui Columbia Engineering.


Setiap zarah mengesan intensiti cahaya dari sumber cahaya dan isyarat yang disiarkannya berkongsi intensiti yang dikira dengan setiap zarah lain. Seperti yang dijangkakan, semakin dekat zarah dengan sumber cahaya, semakin kuat intensiti. Zarah yang mengesan intensiti cahaya tertinggi akan mengembang terlebih dahulu. Kemudian, secara berurutan, zarah-zarah seterusnya akan mengembang ketika zarah pertama mula berkontrak semula. Pemasaan tepat dari jam disegerakkan bersama antara zarah adalah mustahak.Shuguang Li, postdoc CSAIL di MIT, menerangkannya dengan cara ini:

Ini menghasilkan gelombang pengembangan-kontraksi mekanikal, gerakan mendorong dan seretan yang terkoordinasi, yang menggerakkan kelompok besar ke arah atau jauh dari rangsangan persekitaran. Sekiranya anda mengacaukan jam yang disegerakkan, sistem akan berfungsi dengan kurang berkesan.

Hasilnya mungkin luar biasa - bahkan kumpulan simulasi hingga 10,000 zarah mengekalkan pergerakannya, pada separuh kelajuannya, sehingga 20 persen partikel gagal. MenurutHod Lipsondi Columbia Engineering:

Ini seperti peribahasa ‘goo kelabu’. Kebaruan utama di sini ialah anda mempunyai robot jenis baru yang tidak mempunyai kawalan terpusat, tidak ada titik kegagalan, tidak ada bentuk tetap, dan komponennya tidak mempunyai identiti yang unik.


C-3PO dan R2-D2.

Apabila kebanyakan orang memikirkan robot, yang seperti C-3PO dan R2-D2 dari Star Wars mungkin terlintas di fikiran. Imej melaluiGordon Tarpley, CC BY-SA.

Masa depan teknologi robotik baru ini lebih menakjubkan - robot yang terdiri daripadaberjuta-jutazarah-zarah tersebut, semuanya bekerja bersama-sama. Sebagaidiperhatikan oleh Lipson:

Kami fikir suatu hari nanti mungkin untuk membuat robot semacam ini dari berjuta-juta zarah kecil, seperti mikrobead yang bertindak balas terhadap kecerunan bunyi atau cahaya atau kimia. Robot semacam itu dapat digunakan untuk melakukan perkara seperti membersihkan kawasan atau menjelajahi kawasan / struktur yang tidak diketahui.

Kami telah berusaha untuk memikirkan kembali secara mendasar pendekatan kami terhadap robotik, untuk mengetahui apakah ada cara untuk membuat robot secara berbeza. Bukan hanya membuat robot kelihatan seperti makhluk biologi tetapi sebenarnya membuatnya seperti sistem biologi, untuk membuat sesuatu yang sangat kompleks dan mempunyai kemampuan tetapi terdiri daripada bahagian-bahagian yang asasnya sederhana.

Tampilan atas cakera pekeliling hijau dengan mesin dan lengan radial.

Partikel berbentuk cakera ini bergabung bersama untuk membentuk 'robot zarah' yang dapat bergerak menuju cahaya dan membawa objek lain. Imej melalui Felice Frankel / MIT.

Intinya: Robotis telah memikirkan semula cara mereka membina robot. Robot zarah tidak kelihatan seperti makhluk biologi, tetapi ia dibina seperti sistem biologi, dalam kerumitan dan kebolehan yang luas, namun terdiri daripada bahagian-bahagian yang asasnya sederhana. Adakah robot zarah selangkah ke arah peribahasa 'abu-abu goo'?

Sumber: Robotik zarah berdasarkan mekanik statistik komponen berpasangan longgar

Melalui Berita MIT

Melalui Columbia Engineering