Como ingeniera robótica, Yasemin Ozkan-Aydin, profesora asistente de ingeniería eléctrica en la Universidad de Notre Dame, se inspira en los sistemas biológicos. Los comportamientos colectivos de hormigas, abejas y pájaros para resolver problemas y superar obstáculos es algo que los investigadores tienendesarrollado en robótica aérea y submarina. Sin embargo, el desarrollo de robots de enjambre a pequeña escala con la capacidad de atravesar terrenos complejos conlleva un conjunto único de desafíos.
en investigación publicada en Ciencia robótica , Ozkan-Aydin presenta cómo fue capaz de construir robots de múltiples patas capaces de maniobrar en entornos desafiantes y realizar tareas difíciles colectivamente, imitando a sus contrapartes del mundo natural.
"Los robots con patas pueden navegar en entornos desafiantes como terrenos accidentados y espacios reducidos, y el uso de las extremidades ofrece un soporte corporal eficaz, permite una maniobrabilidad rápida y facilita el cruce de obstáculos", dijo Ozkan-Aydin. "Sin embargo, los robots con patas se enfrentan a desafíos de movilidad únicosen ambientes terrestres, lo que resulta en un rendimiento locomotor reducido. "
Para el estudio, dijo Ozkan-Aydin, ella planteó la hipótesis de que una conexión física entre robots individuales podría mejorar la movilidad de un sistema colectivo terrestre con patas. Los robots individuales realizaban tareas simples o pequeñas, como moverse sobre una superficie lisa o transportar un objeto ligero, pero si la tarea estaba más allá de la capacidad de una sola unidad, los robots se conectaban físicamente entre sí para formar un sistema de múltiples patas más grande y superar colectivamente los problemas.
"Cuando las hormigas recolectan o transportan objetos, si una se encuentra con un obstáculo, el grupo trabaja colectivamente para superar ese obstáculo. Si hay un espacio en el camino, por ejemplo, formarán un puente para que las otras hormigas puedan cruzarlo -- y esa es la inspiración para este estudio ", dijo." A través de la robótica podemos obtener una mejor comprensión de la dinámica y los comportamientos colectivos de estos sistemas biológicos y explorar cómo podríamos utilizar este tipo de tecnología enel futuro."
Utilizando una impresora 3D, Ozkan-Aydin construyó robots de cuatro patas que medían de 15 a 20 centímetros, o aproximadamente de 6 a 8 pulgadas de largo. Cada uno estaba equipado con una batería de polímero de litio, un microcontrolador y tres sensores: un sensor de luz enel frente y dos sensores táctiles magnéticos en la parte delantera y trasera, lo que permite que los robots se conecten entre sí. Cuatro patas flexibles redujeron la necesidad de sensores y piezas adicionales y les dieron a los robots un nivel de inteligencia mecánica, lo que ayudó al interactuar conterreno irregular.
"No se necesitan sensores adicionales para detectar obstáculos porque la flexibilidad en las piernas ayuda al robot a pasar por encima de ellos", dijo Ozkan-Aydin. "Pueden probar los huecos en un camino, construyendo un puente con sus cuerpos; mover objetos individualmente; o conectarse para mover objetos colectivamente en diferentes tipos de entornos, que no sean diferentes a las hormigas ".
Ozkan-Aydin comenzó su investigación para el estudio a principios de 2020, cuando gran parte del país fue cerrado debido a la pandemia de COVID-19. Después de imprimir cada robot, construyó cada uno y realizó sus experimentos en casa, en su patio.o en el patio de recreo con su hijo. Los robots fueron probados sobre césped, mantillo, hojas y bellotas. Se realizaron experimentos en terreno plano sobre tableros de partículas y ella construyó escaleras con espuma aislante. Los robots también se probaron sobre alfombras de pelo largo ySe pegaron bloques de madera a tableros de partículas para que sirvieran como terreno accidentado.
Cuando una unidad individual se atascaba, se enviaba una señal a robots adicionales, que se conectaban entre sí para brindar apoyo para atravesar obstáculos con éxito mientras trabajaban colectivamente.
Ozkan-Aydin dice que todavía hay mejoras por hacer en su diseño. Pero espera que los hallazgos del estudio sirvan de base al diseño de enjambres de patas de bajo costo que puedan adaptarse a situaciones imprevistas y realizar tareas cooperativas del mundo real, como la búsqueda.y operaciones de rescate, transporte de objetos colectivos, exploración espacial y monitoreo ambiental. Su investigación se centrará en mejorar las capacidades de control, detección y potencia del sistema, que son esenciales para la locomoción y la resolución de problemas en el mundo real, y planea mejorarutilice este sistema para explorar la dinámica colectiva de insectos como hormigas y termitas.
"Para los sistemas de enjambre funcionales, la tecnología de la batería debe mejorarse", dijo. "Necesitamos baterías pequeñas que puedan proporcionar más energía, idealmente que duren más de 10 horas. De lo contrario, usar este tipo de sistema en el mundo real no es"No es sostenible". Las limitaciones adicionales incluyen la necesidad de más sensores y motores más potentes, al tiempo que se mantiene pequeño el tamaño de los robots.
"Debe pensar en cómo funcionarían los robots en el mundo real, por lo que debe pensar en la cantidad de energía que se requiere, el tamaño de la batería que usa. Todo es limitado, por lo que debe tomar decisiones con cada partede la máquina."
Daniel I. Goldman del Instituto de Tecnología de Georgia fue coautor del estudio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Notre Dame . Original escrito por Jessica Sieff. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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