Fleksibel, men robust robot er designet til at vokse som en plante

I nutidens fabrikker og lagre, det er ikke ualmindeligt at se robotter suse omkring, transport af genstande eller værktøjer fra en station til en anden. For det meste, robotter navigerer ret nemt på tværs af åbne layouts. Men de har meget sværere ved at sno sig gennem snævre rum for at udføre opgaver som at række ud efter et produkt bagerst på en rodet hylde, eller snoede sig rundt om en bils motordele for at skrue en oliedæksel af.

Nu har MIT-ingeniører udviklet en robot designet til at forlænge et kædelignende vedhæng, der er fleksibelt nok til at vride og dreje i enhver nødvendig konfiguration, men alligevel stiv nok til at understøtte tunge belastninger eller påføre drejningsmoment til at samle dele på trange steder. Når opgaven er færdig, robotten kan trække vedhænget tilbage og forlænge det igen, i en anden længde og form, til at passe til næste opgave.

Vedhængsdesignet er inspireret af den måde, planter vokser på, som involverer transport af næringsstoffer, i fluidiseret form, op til plantens spids. der, de omdannes til fast materiale for at producere, lidt efter lidt, en støttende stamme.

Ligeledes, robotten består af et "vækstpunkt, " eller gearkasse, der trækker en løs kæde af sammenlåsende blokke ind i kassen. Gear i kassen låser derefter kædeenhederne sammen og før kæden ud, enhed for enhed, som et stift vedhæng.

Forskerne præsenterede den planteinspirerede "voksende robot" i denne uge på IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) i Macau. De forestiller sig, at gribere, kameraer, og andre sensorer kunne monteres på robottens gearkasse, gør det muligt for den at sno sig gennem et flys fremdriftssystem og spænde en løs skrue, eller at række ind i en hylde og få fat i et produkt uden at forstyrre organiseringen af ​​det omkringliggende lager, blandt andre opgaver.

"Tænk på at skifte olien i din bil, " siger Harry Asada, professor i maskinteknik ved MIT. "Når du har åbnet motorens tag, du skal være fleksibel nok til at lave skarpe sving, venstre og højre, for at komme til oliefilteret, og så skal du være stærk nok til at dreje oliefilterdækslet for at fjerne det."

"Nu har vi en robot, der potentielt kan udføre sådanne opgaver, " siger Tongxi Yan, en tidligere kandidatstuderende i Asadas laboratorium, der ledede arbejdet. "Det kan vokse, trække tilbage, og vokse igen til en anden form, at tilpasse sig sit miljø."

Holdet inkluderer også MIT kandidatstuderende Emily Kamienski og gæsteforsker Seiichi Teshigawara, som præsenterede resultaterne på konferencen.

Den sidste fod

Designet af den nye robot er en udløber af Asadas arbejde med at løse det "sidste en-fods problem" - et ingeniørudtryk, der refererer til det sidste trin, eller fod, af en robots opgave eller udforskningsmission. Mens en robot kan bruge det meste af sin tid på at krydse åbne rum, den sidste fod af sin mission kan involvere mere smidig navigation gennem strammere, mere komplekse rum for at fuldføre en opgave.

Ingeniører har udtænkt forskellige koncepter og prototyper for at løse det sidste en-fods problem, inklusive robotter lavet af bløde, ballonlignende materialer, der vokser som vinstokke for at presse sig gennem smalle sprækker. Men Asada siger, at sådanne bløde, udvidelige robotter ikke er robuste nok til at understøtte "sluteffektorer, " eller tilføjelser såsom gribere, kameraer, og andre sensorer, der ville være nødvendige for at udføre en opgave, når robotten har ormet sig vej til sin destination.

"Vores løsning er faktisk ikke blød, men en smart brug af stive materialer, " siger Asada, hvem er Ford Foundation Professor of Engineering.

Kædeled

Når holdet definerede de generelle funktionelle elementer i plantevækst, de så ud til at efterligne dette i generel forstand, i en udtrækbar robot.

"Erkendelsen af ​​robotten er helt anderledes end en rigtig plante, men det udviser samme slags funktionalitet, på et vist abstrakt niveau, " siger Asada.

Forskerne designede en gearkasse til at repræsentere robottens "voksende tip, "beslægtet med knopp af en plante, hvor, efterhånden som flere næringsstoffer strømmer op til stedet, spidsen fremfører mere stiv stilk. Inden i kassen, de passer til et system af gear og motorer, som arbejder på at trække et fluidiseret materiale op - i dette tilfælde, en bøjelig sekvens af 3-D-printede plastikenheder, der er låst sammen med hinanden, ligner en cykelkæde.

Når kæden føres ind i kassen, den drejer rundt om et spil, som fører det gennem et andet sæt motorer programmeret til at låse visse enheder i kæden til deres naboenheder, skabe et stift vedhæng, når det føres ud af kassen.

Forskerne kan programmere robotten til at låse visse enheder sammen, mens andre lader andre være ulåste, at danne bestemte former, eller at "vokse" i bestemte retninger. I eksperimenter, de var i stand til at programmere robotten til at dreje rundt om en forhindring, mens den strakte sig ud eller voksede ud fra sin base.

"Den kan låses forskellige steder for at blive buet på forskellige måder, og har en bred vifte af bevægelser, " siger Yan.

Når kæden er låst og stiv, den er stærk nok til at understøtte en tung, et pund vægt. Hvis en griber var fastgjort til robottens voksende spids, eller gearkasse, forskerne siger, at robotten potentielt kan vokse længe nok til at sno sig gennem et snævert rum, påfør derefter nok drejningsmoment til at løsne en bolt eller skru en hætte af.

Automatisk vedligeholdelse er et godt eksempel på opgaver, som robotten kan hjælpe med, ifølge Kamienski. "Rummet under emhætten er relativt åbent, men det er det sidste, hvor du skal navigere rundt om en motorblok eller noget for at komme til oliefilteret, at en fast arm ikke ville være i stand til at navigere rundt. Denne robot kunne gøre sådan noget."