Mnogi postojeći robotski sistemi crpe inspiraciju iz prirode, umjetno reproducirajući biološke procese, prirodne strukture ili ponašanja životinja kako bi postigli određene ciljeve. To je zato što su životinje i biljke urođeno opremljene sposobnostima koje im pomažu da prežive u svom okruženju, i koje bi tako mogle poboljšati performanse robota izvan laboratorijskih postavki.
„Meke robotske ruke su nova generacija robotskih manipulatora koji crpe inspiraciju iz naprednih sposobnosti manipulacije koje pokazuju organizmi bez kostiju, kao što su pipci hobotnice, slonova surla, biljke itd.“, Enrico Donato, jedan od istraživača koji su studija, rekao je Tech Xplore. “Prevođenje ovih principa u inženjerska rješenja rezultira sistemima koji su sastavljeni od fleksibilnih laganih materijala koji mogu proći glatku elastičnu deformaciju kako bi proizveli usklađeno i spretno kretanje. Zbog ovih poželjnih karakteristika, ovi sistemi se prilagođavaju površinama i pokazuju fizičku robusnost i rad bezbedan za ljude uz potencijalno niske troškove.”
Dok se meke robotske ruke mogu primijeniti na širok spektar problema u stvarnom svijetu, mogle bi biti posebno korisne za automatizaciju zadataka koji uključuju postizanje željenih lokacija koje bi mogle biti nedostupne krutim robotima. Mnogi istraživački timovi su nedavno pokušavali da razviju kontrolere koji bi omogućili ovim fleksibilnim rukama da se efikasno nose sa ovim zadacima.
“Općenito, funkcioniranje takvih kontrolera se oslanja na računske formulacije koje mogu stvoriti valjano mapiranje između dva operativna prostora robota, tj. prostora zadataka i prostora aktuatora,” objasnio je Donato. “Međutim, pravilno funkcioniranje ovih kontrolera općenito se oslanja na povratne informacije vida koje ograničavaju njihovu valjanost unutar laboratorijskih okruženja, ograničavajući primenu ovih sistema u prirodnim i dinamičnim okruženjima. Ovaj članak je prvi pokušaj da se prevaziđe ovo nerešeno ograničenje i proširi domet ovih sistema na nestrukturirana okruženja.”
"Suprotno uobičajenoj zabludi da se biljke ne kreću, biljke se aktivno i namjerno kreću s jedne točke na drugu koristeći strategije kretanja zasnovane na rastu", rekao je Donato. „Ove strategije su toliko efikasne da biljke mogu kolonizirati gotovo sva staništa na planeti, što nedostaje životinjskom carstvu. Zanimljivo je da za razliku od životinja, strategije kretanja biljaka ne potiču iz centralnog nervnog sistema, već nastaju zbog sofisticiranih oblika decentralizovanih računarskih mehanizama.”
Strategija kontrole koja podupire funkcionisanje istraživačkog kontrolora pokušava da replicira sofisticirane decentralizovane mehanizme koji podupiru kretanje biljaka. Tim je posebno koristio alate umjetne inteligencije zasnovane na ponašanju, koji se sastoje od decentraliziranih računalnih agenata kombiniranih u strukturi odozdo prema gore.
“Novitet našeg bio-inspiriranog kontrolera leži u njegovoj jednostavnosti, gdje koristimo osnovne mehaničke funkcionalnosti mekane robotske ruke kako bismo generirali sveukupno ponašanje dohvata,” rekao je Donato. „Konkretno, mekana robotska ruka se sastoji od redundantnog rasporeda mekih modula, od kojih se svaki aktivira kroz trijadu radijalno raspoređenih aktuatora. Dobro je poznato da za takvu konfiguraciju sistem može generirati šest principa smjera savijanja.”
Računalni agenti koji podupiru funkcionisanje timskog kontrolera iskorištavaju amplitudu i tajming konfiguracije aktuatora za reprodukciju dva različita tipa pokreta biljaka, poznatih kao cirkumnutacija i fototropizam. Cirkumnutacije su oscilacije koje se obično uočavaju kod biljaka, dok su fototropizam usmjereni pokreti koji približavaju grane ili listove biljke svjetlu.
Kontroler koji su kreirali Donato i njegove kolege može se prebacivati između ova dva ponašanja, postižući sekvencijalnu kontrolu robotskih ruku koja se proteže kroz dvije faze. Prva od ovih faza je faza istraživanja, gdje ruke istražuju svoju okolinu, dok je druga faza dostizanja, u kojoj se kreću kako bi došli do željene lokacije ili objekta.
“Možda je najvažniji zaključak iz ovog konkretnog rada to što je ovo prvi put da su redundantne meke robotske ruke omogućene da dostignu mogućnosti izvan laboratorijskog okruženja, uz vrlo jednostavan kontrolni okvir,” rekao je Donato. „Štaviše, kontroler je primjenjiv na bilo koji softverrobotruka je imala sličan raspored pokretanja. Ovo je korak ka korištenju ugrađenih senzorskih i distribuiranih strategija upravljanja u kontinuumnim i mekim robotima.”
Do sada su istraživači testirali svoj kontroler u nizu testova, koristeći modularnu, laganu i mekanu robotsku ruku sa 9 stepena slobode (9-DoF) na kablovskom pogonu. Njihovi rezultati su bili veoma obećavajući, jer je kontrolor dozvolio ruci da istražuje svoju okolinu i dostigne ciljnu lokaciju efikasnije od drugih strategija kontrole predloženih u prošlosti.
U budućnosti bi se novi kontroler mogao primijeniti na druge meke robotske ruke i testirati kako u laboratorijskim tako iu stvarnom svijetu, kako bi se dodatno procijenila njegova sposobnost da se nosi s dinamičkim promjenama okoline. U međuvremenu, Donato i njegove kolege planiraju dalje razvijati svoju strategiju kontrole, tako da može proizvesti dodatne pokrete i ponašanja robotskih ruku.
“Trenutno tražimo da poboljšamo sposobnosti kontrolera kako bismo omogućili složenije ponašanje kao što je praćenje cilja, uvijanje cijele ruke, itd., kako bismo omogućili takvim sistemima da funkcionišu u prirodnom okruženju tokom dugog vremenskog perioda”, dodao je Donato.
Vrijeme objave: Jun-06-2023