Robotblokke kan identificere hinanden og samles selv for at danne strukturer

Sværme af simple, interagerende robotter har potentialet til at låse op for snigende evner til at udføre komplekse opgaver. At få disse robotter til at opnå et ægte bikube-lignende sind af koordination, selvom, har vist sig at være en hindring.

I et forsøg på at ændre dette, et hold fra MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) kom med et overraskende simpelt skema:selvsamlende robotterninger, der kan klatre over og omkring hinanden, spring gennem luften, og rulle hen over jorden.

Seks år efter projektets første gentagelse, robotterne kan nu "kommunikere" med hinanden ved hjælp af et stregkode-lignende system på hver side af blokken, der gør det muligt for modulerne at identificere hinanden. Den autonome flåde på 16 blokke kan nu udføre simple opgaver eller adfærd, såsom at danne en linje, følgende pile, eller sporingslys.

Inde i hver modulære "M-Block" er et svinghjul, der bevæger sig ved 20, 000 omdrejninger i minuttet, ved hjælp af vinkelmomentum, når svinghjulet bremses. På hver kant og hver flade er der permanente magneter, der lader alle to terninger binde til hinanden.

Selvom kuberne ikke kan manipuleres helt så let som, sige, dem fra videospillet "Minecraft, " teamet forestiller sig stærke anvendelser inden for katastrofeberedskab og nødhjælp. Forestil dig en brændende bygning, hvor en trappe er forsvundet. I fremtiden, du kan simpelthen smide M-blokke på jorden og se dem bygge en midlertidig trappe ud, så de kan klatre op på taget eller ned i kælderen for at redde ofrene.

"M står for bevægelse, magnet, og magi, " siger MIT-professor og CSAIL-direktør Daniela Rus. "'Motion, ' fordi kuberne kan bevæge sig ved at hoppe. 'Magnet, ' fordi kuberne kan forbindes til andre terninger ved hjælp af magneter, og når de er forbundet, kan de bevæge sig sammen og forbindes for at samle strukturer. 'Magi, fordi vi ikke ser nogen bevægelige dele, og kuben ser ud til at være drevet af magi."

Ud over katastrofehjælp, forskerne forestiller sig at bruge blokkene til ting som spil, fremstilling, og sundhedspleje.

"Det unikke ved vores tilgang er, at det er billigt, robust, og potentielt nemmere at skalere til en million moduler, '' siger CSAIL Ph.D. studerende John Romanishin, hovedforfatter på et nyt papir om systemet. "M-blokke kan bevæge sig på en generel måde. Andre robotsystemer har meget mere komplicerede bevægelsesmekanismer, der kræver mange trin, men vores system er mere skalerbart og omkostningseffektivt."

Romanishin skrev papiret sammen med Rus og bachelorstuderende John Mamish fra University of Michigan. De vil præsentere papiret om M-blokke på IEEEs internationale konference om intelligente robotter og systemer i november i Macau.

Tidligere modulære robotsystemer tackler typisk bevægelse ved hjælp af enhedsmoduler med små robotarme kendt som eksterne aktuatorer. Disse systemer kræver meget koordination for selv de mest simple bevægelser, med flere kommandoer til et hop eller hop.

På kommunikationssiden, andre forsøg har involveret brugen af ​​infrarødt lys eller radiobølger, som hurtigt kan blive klodset:Hvis du har mange robotter på et lille område, og de alle forsøger at sende signaler til hinanden, det åbner op for en rodet kanal af konflikt og forvirring.

Når et system bruger radiosignaler til at kommunikere, signalerne kan forstyrre hinanden, når der er mange radioer i en lille lydstyrke.

Tilbage i 2013, holdet byggede deres mekanisme til M-Blocks. De skabte seks-facede terninger, der bevæger sig rundt ved hjælp af noget, der kaldes "inertiale kræfter." Det betyder at, i stedet for at bruge bevægelige arme, der hjælper med at forbinde strukturerne, blokkene har en masse indeni, som de "kaster" mod siden af ​​modulet, hvilket får blokken til at rotere og bevæge sig.

Hvert modul kan bevæge sig i fire kardinalretninger, når det placeres på en af ​​de seks flader, hvilket resulterer i 24 forskellige bevægelsesretninger. Uden små arme og vedhæng, der stikker ud af blokkene, det er meget nemmere for dem at holde sig fri for skader og undgå kollisioner.

Velvidende, at holdet havde tacklet de fysiske forhindringer, den kritiske udfordring varede stadig:Hvordan får man disse kuber til at kommunikere og pålideligt identificere konfigurationen af ​​tilstødende moduler?

Romanishin kom med algoritmer designet til at hjælpe robotterne med at udføre simple opgaver, eller "adfærd, ", hvilket førte dem til ideen om et stregkode-lignende system, hvor robotterne kan fornemme identiteten og ansigtet af hvilke andre blokke de er forbundet til.

I et eksperiment, holdet fik modulerne til at blive en linje fra en tilfældig struktur, og de så på, om modulerne kunne bestemme den specifikke måde, de var forbundet med hinanden på. Hvis de ikke var, de skulle vælge en retning og rulle den vej, indtil de endte på enden af ​​linjen.

I det væsentlige, blokkene brugte konfigurationen af, hvordan de er forbundet med hinanden, for at guide den bevægelse, de vælger at flytte – og 90 procent af M-blokkene lykkedes med at komme ind i en linje.

Holdet bemærker, at opbygningen af ​​elektronikken var meget udfordrende, især når man prøver at passe indviklet hardware ind i sådan en lille pakke. For at gøre M-Block sværme til en større virkelighed, holdet ønsker netop det - flere og flere robotter til at lave større sværme med stærkere kapaciteter til forskellige strukturer.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.