Роботизираните кубчета променят формата си в космоса | Новини от MIT


Ако сте изправени пред избора да изпратите рояк от различни роботи в пълен размер в космоса или голям екипаж от по-малки роботизирани модули, може да искате да включите последните. Модулните роботи, като тези, изобразени във филми като “Големият герой 6”, притежават специален вид обещание за способностите си за самостоятелно сглобяване и преконфигуриране. Но въпреки цялото амбициозно желание за бързо и надеждно внедряване в домейни, обхващащи изследване на космоса, търсене и спасяване и промяна на формата, модулните роботи, създадени до момента, все още са малко тромави. Те обикновено са изградени от менажерия от големи, скъпи двигатели, за да улеснят движението, което изисква много необходимия фокус върху по-мащабируеми архитектури – както по отношение на количеството, така и по-малко по размер.

Учени от Лабораторията за компютърни науки и изкуствен интелект (CSAIL) на MIT призоваха за електромагнетизма – електромагнитни полета, генерирани от движението на електрически ток — за да се избегне обичайното пълнене на обемисти и скъпи задвижващи механизми в отделни блокове. Вместо това, те вградиха малки, лесно произвеждани, евтини електромагнити в ръбовете на кубчетата, които отблъскват и привличат, позволявайки на роботите да се въртят и движат един около друг и бързо да променят формата си.

„ElectroVoxels“ имат странична дължина от около 60 милиметра, а магнитите се състоят от феритна сърцевина (те изглеждат като малки черни тръбички), увити с медна тел, на обща цена от само 60 цента. Вътре във всеки куб има малки печатни платки и електроника, които изпращат ток през правилния електромагнит в правилната посока.

За разлика от традиционните панти, които изискват механични закрепвания между два елемента, ElectroVoxels са напълно безжични, което прави много по-лесни за поддръжка и производство за мащабна система.

Миниатюра на видеоклипа

Пуснете видео

ElectroVoxels са роботизирани кубчета, които могат да се преконфигурират с помощта на електромагнити. Кубовете не се нуждаят от двигатели или гориво, за да се движат и могат да работят в микрогравитация.

За да визуализират по-добре как биха изглеждали куп блокове, докато взаимодействат, учените използваха софтуерен плановик, който визуализира преконфигурациите и изчислява основните електромагнитни задачи. Потребителят може да манипулира до хиляда кубчета само с няколко щраквания или да използва предварително дефинирани скриптове, които кодират множество, последователни завъртания. Системата наистина позволява на потребителя да управлява съдбата на блоковете в рамките на разумното – можете да промените скоростта, да подчертаете магнитите и да покажете необходимите движения, за да избегнете сблъсъци. Можете да инструктирате блоковете да приемат различни форми (като стол до диван, защото кой има нужда и от двете?)

Евтините малки блокчета са особено благоприятни за среди с микрогравитация, където всяка структура, която искате да изстреляте в орбита, трябва да се побере вътре в ракетата, използвана за изстрелването. След първоначални тестове на въздушна маса, ElextroVoxels откриха истинска безтегловност, когато бяха тествани в полет с микрогравитация, с цялостния тласък на по-добри инструменти за изследване на космоса като преконфигуриране без гориво или промяна на инерционните свойства на космически кораб.

Чрез използване на задействане без гориво, например, няма нужда да се пуска допълнително гориво за преконфигуриране, което се справя с много от предизвикателствата, свързани с изстрелната маса и обем. Надеждата е, че този метод за преконфигуриране може да подпомогне безброй бъдещи космически начинания: увеличаване и подмяна на космически структури при множество изстрелвания, временни структури за подпомагане на инспекцията на космически кораб и помощ на астронавтите и (бъдещи итерации) на кубовете, действащи като самостоятелни сортиране на контейнери за съхранение.

„ElectroVoxels показват как да се проектира напълно преконфигурируема система и излага нашата научна общност на предизвикателствата, които трябва да бъдат решени, за да имаме напълно функционална модулна роботизирана система в орбита“, казва Дарио Иззо, ръководител на екипа за напреднали концепции в Европейското пространство агенция. „Това изследване демонстрира как електромагнитно задействаните въртящи се кубове са лесни за изграждане, работа и поддръжка, позволявайки гъвкава, модулна и преконфигурируема система, която може да служи като вдъхновение за проектиране на интелигентни компоненти на бъдещи изследователски мисии.

За да накарат блоковете да се движат, те трябва да следват последователност, като малки хомогенни парчета Тетрис. В този случай има три стъпки към поляризационната последователност: стартиране, пътуване и хващане, като всяка фаза има пътуващ куб (за преместване), начален (където пътуващият куб стартира) и дестинация (която улавя пътуващия куб куб). Потребителите на софтуера могат да определят кой куб да се завърти в каква посока и алгоритъмът автоматично ще изчисли последователността и адреса на електромагнитните задания, необходими, за да се случи това (отблъскване, привличане или изключване).

За бъдеща работа преместването от космоса на Земята е естествената следваща стъпка за ElectroVoxels, която ще изисква по-подробно моделиране и оптимизиране на тези електромагнити, за да се направи преконфигуриране срещу гравитацията тук.

„Когато изграждате голяма, сложна конструкция, не искате да бъдете ограничавани от наличността и опита на хората, които я сглобяват, от размера на вашето транспортно средство или от неблагоприятните условия на околната среда на мястото за монтаж. Въпреки че тези аксиоми са верни на Земята, те се усложняват сериозно за изграждането на неща в космоса“, казва докторантът от MIT CSAIL Мартин Нисер, водещ автор на статия за ElectroVoxels. „Ако можете да имате структури, които се сглобяват от прости, хомогенни модули, бихте могли да премахнете много от тези проблеми. Така че, докато потенциалните ползи в космоса са особено големи, парадоксът е, че благоприятната динамика, осигурена от микрогравитацията, означава, че някои от тези проблеми всъщност също са по-лесни за решаване – в космоса дори малки сили могат да накарат големи неща да се движат. Прилагайки тази технология за решаване на реални краткосрочни проблеми в космоса, можем да се надяваме, че можем да инкубираме технологията за бъдеща употреба и на земята.

Нисер написа статията заедно с Леон Ченг и Яшасуини Макарам от MIT CSAIL; Ryo Suzuki, асистент по компютърни науки в Университета на Калгари; и професор от MIT Стефани Мюлер. Те ще представят работата си на Международната конференция по роботика и автоматизация през 2022 г. Работата беше подкрепена отчасти от Инициативата за изследване на космоса на MIT.