ShapeBots:en sværm af formskiftende robotter, der visuelt viser data

Forskere fra University of Colorado Boulders ATLAS Institute har for nylig udviklet en sværm af små formændrende robotter, kaldet ShapeBots. Disse selvomdannelige robotter, præsenteret i et papir, der på forhånd er offentliggjort på arXiv, kan ændre både deres individuelle og kollektive konfiguration, for at vise og visualisere oplysninger i en række forskellige indstillinger.

Robotterne blev udviklet af ph.d. eleverne Ryo Suzuki og Clement Zheng, med hjælp og vejledning af flere andre forskere ved University of Colorado Boulder. Deres arbejde var inspireret af nogle af Suzukis tidligere forskningsindsatser, såsom Reactile -projektet, hvor han programmerede små robotadfærd gennem direkte håndmanipulation.

Suzuki var altid fascineret af dynamiske interaktioner mellem mennesker og computere, og han har ofte forsøgt at udvikle robotter, der kan kommunikere med brugerne på unikke og innovative måder. Indtil nu, hovedformålet bag de fleste af hans undersøgelser har været at komme med nye beregningsmedier, der kan forstærke og transformere, hvordan mennesker tænker, design, program, og interagere med deres omgivende miljø.

"Menneskelige miljøer kan være i forskellige skalaer, "Ellen Do og Mark D. Gross, to andre forskere, der udførte undersøgelsen, fortalte TechXplore via e -mail. "For eksempel, et skrivebordsmiljø kan indeholde objekter på bordet, eller fremspring på bordpladen. Et kontormiljø kan omfatte møbler som bord, stole, men også bogreoler og skabe, eller ure, plakater og tavler på væggen. Alle disse objekter kan også flyttes eller transformeres med robotter. "

Under deres seneste samarbejde, Gør, Brutto, Suzuki, Zheng og resten af ​​deres team satte sig for at undersøge, hvad ShapeBots, en sværm af formskiftende robotter på bordpladen, måske kunne gøre, og hvordan de kan interagere med mennesker. Suzuki og Zheng fokuserede på at bygge robotterne og programmere deres adfærd.

"Ideen bag vores undersøgelse er enkel, hvad hvis alle vores miljøer er sammensat af formændrende små robotter? "Do og Gross forklarede." Hvad kan være de nyttige scenarier, hvor disse små robotter kan hjælpe med at gøre vores liv interessant eller lettere? Nogle eksempler på disse scenarier kan være rengøring af bordpladen, beskytter os mod at hente et for varmt kaffekrus, visning af befolkningsoplysninger baseret på geografiske placeringer på et kort, fungerer som interaktiv grafik, etc."

Hver enkelt ShapeBot leveres med små motorer, der gør det muligt at køre rundt på en flad overflade, samt yderligere motorer, der bruges til at forlænge og trække armene tilbage. Robotterne kommunikerer med en værtscomputer, der sporer deres positioner ved hjælp af et kamera, som løbende observerer sværmen. Værtscomputeren koreograferer robotternes bevægelser på en flad bordplade, instruere dem individuelt og som et team, både i deres bevægelse og armbevægelser (dvs. forlængelse eller tilbagetrækning).

"En vigtig fordel ved ShapeBots er, at de er billige, da de er lavet af simpel elektronik og almindelige materialer, "Gør og Gross sagde." Vi håndmonterede robotterne, som hver koster ~ US $ 25 at lave. Ud over, ShapeBots tilbyder en alsidig måde at 'fysikalisere' information (data). "

Mange tidligere undersøgelser har undersøgt måder at visualisere og vise information på 2-D-skærme. ShapeBots udviklet af dette team af forskere, på den anden side, udvide dynamisk datavisualisering til 3D-miljøer, giver brugerne mulighed for fysisk at interagere med oplysninger, der præsenteres for dem.

I modsætning til andre robotter, ShapeBots kan ændre deres form og sværmkonfiguration ved at forlænge eller trække deres arme tilbage. De besidder mulighederne for de fleste robotsværme; men de kan også kollektivt vise data til brugerne via deres transformationer.

For at ændre form, robotterne udnytter små og tynde (2,5 cm) aktuatorer inspireret af mekanismen bag målebånd, som kan forlænges op til 20 cm både vandret og lodret. Disse aktuatorer har et modulært design, der muliggør sværmstransformationer til forskellige former og geometrier.

"Vores undersøgelse viser, at vi kan bruge en sværm af små billige robotter til at interagere med oplysninger, bygge bro mellem den fysiske og digitale verden, "Gør og Gross sagde." Dog, de ShapeBots, vi udviklede, er stadig en prototype. De er relativt robuste i et laboratoriemiljø, men de ville ikke vare længe i en klasse i tredje klasse. "

Indtil nu, forskerne har brugt de formskiftende robotter til at fuldføre enkle praktiske og visualiseringsopgaver, såsom at rydde op i et skrivebord eller vise befolkning af stater på et amerikansk kort. Da den selvtransformerende robotsværm stadig er en prototype, imidlertid, holdet bliver nødt til at perfektionere det og udføre yderligere tests, før det kan introduceres i virkelige omgivelser.

Forskerne vil til sidst gerne reducere størrelsen på robotterne, samtidig med at det reducerer fremstillingsomkostningerne og øger deres pålidelighed. Faktisk, i den størrelse, de er nu, brugere kan kun passe et dusin ShapeBots på en bordplade på én gang. Hvis robotterne var ti gange mindre, imidlertid, der kan være over 100 hvilket ville muliggøre visualiseringer med højere opløsning.

Shapebots vil blive præsenteret på den kommende UIST (User Interface Software Technology) konference i New Orleans den 22. oktober. I deres papir, forskerne fremhævede en række forskellige indstillinger, hvor de kunne være nyttige, herunder skoler, museer, og andre læringsmiljøer.

"Vi ser nu også på, hvordan man programmerer adfærden hos en større sværm af robotter, der kan ændre deres former, "Gør og brutto tilføjet." At programmere dem en efter en er upraktisk, når du har hundrede eller flere robotter, så hvilket 'sprog' kan vi designe for at kontrollere deres adfærd og interaktion? Og hvad nu hvis vi kunne få dem af bordpladen og ned på gulvet, væggene, eller endda svæve i rummet? "

© 2019 Science X Network