Noví roboti dokážou cítit své okolí a reagovat na něj
Technologie
Foto: se souhlasem Rayne Research Group

Noví roboti dokážou cítit své okolí a reagovat na něj

Minirobot, o němž je tento článek, vypadá na první pohled jako roztomilé kreslené vozidlo, když se zkušeně pohybuje ve složitém bludišti. Je to zvláštní stvoření: jeho spodní část připomíná rozpadlý plot, horní část cedník. Velkost má jako haléř, působí křehce a naprosto nenápadně.

11.07.22

V jeho jádru se však skrývá potenciální změna paradigmatu pro konstrukci autonomních robotů, kteří dokáží vnímat a reagovat na své okolí. Na rozdíl od klasických robotů, kteří jsou sestaveni z několika komponentů, je tento robot vytištěn 3D tiskem z metamateriálu, který může pružně měnit své vlastnosti několika elektrickými výboji.

Koncept metamateriálů je jednoduchý. Na rozdíl od dřeva, skla nebo jiných statických materiálů, použité piezoelektrické metamateriály snadno mění svou strukturu, když na ně působí elektromagnetické pole. Díky tomu se mohou kroutit, deformovat, smršťovat nebo rozpínat.

K sestavení robota tým navrhl zařízení pro 3D tisk, které umožňuje tisknout robotické struktury pomocí piezoelektrických materiálů. Jako další doplněk dal tým botům ultrazvukový žhavicí materiál, do něhož vložil součástky, které pomohly robotům přeměnit vibrace na elektřinu a vnímat tak své okolí.

Tito roboti se naučili samostatně chodit, skákat a unikat před potenciálními překážkami v reálném čase. V laboratoři dokonce dokázali podniknout mini výlet na pláž, přičemž se snadno pohybovali v nerovném písečném terénu částečně pokrytém zelení.

Ačkoli jsou tito roboti stále ještě primitivní, jednoho dne by mohli pomáhat s dodávkou léků v našich tělech. Mohli by také fungovat jako levní, malí, ale výkonní průzkumníci pro zkoumání nových nebo nebezpečných prostředí.

Pro doktora Ahmada Rafsanjaniho z Centra pro měkkou robotiku na Univerzitě v Jižním Dánsku, který se na studii nepodílel, přinášejí tito roboti metamateriály do centra pozornosti jako nový způsob konstrukce autonomních robotů. Studie "zdůrazňuje širší pohled na 'robotické materiály', v nichž se hranice mezi materiály a stroji stává nerozlišitelnou," napsal v souvisejícím komentáři. „Aditivní výroba piezoelektrických metamateriálů může vést k materializaci plně integrovaných robotů, kteří by nakonec mohli chodit přímo z 3D tiskárny."

Vědci v současnosti metamateriály velmi pečlivě zkoumají, a to právě díky jejich exotickým vlastnostem. Jedním z oborů, v nichž by mohli najít využití, je optika. Metamateriály jsou často tvořeny součástkami, které pružně interagují s elektromagnetickými vlnami včetně světla. Svým způsobem se podobají čočkám fotoaparátů nebo zrcadlům, ale mají superschopnost rychle měnit způsob, jakým nasměrují každou světelnou vlnu. Teoreticky by pečlivě vytvořená struktura z metamateriálů mohla proměnit vlastnosti všech typů optických zařízení - od čoček mikroskopů až po ty na našich obličejích.

V nedávné době začali vědci zkoumat další možnosti využití. Jednou z hlavních snah je začlenění piezoelektrických materiálů do neuromorfních čipů, které zhruba simulují způsob, jakým mozek zpracovává a ukládá informace. Změnou vlastností těchto materiálů pomocí elektrických polí se mohou vědci přiblížit fungování synapsí, a to s velmi nízkou spotřebou energie.

Stranger Things

Jak už bylo řečeno, tito noví roboti jsou vytištěni na 3D tiskárně a boří zažitá dogmata pro stavbu robotů. Obvykle robot potřebuje několik nezávislých komponent: senzory pro navigaci v prostředí, mikroprocesory pro "mozek", aktuátory pro pohyb a zdroj energie pro pohon celého systému. Přitom každá z těchto částí může selhat.

V tomto případě tým integroval jednotlivé komponenty do jednoho návrhu. První klíčovou složkou jsou piezoelektrické materiály, které převádějí elektrické pole na mechanické napětí a naopak. Jsou to "svaly", které řídí pohyb robota. Ve skutečnosti však plní trojí úkol. V závislosti na stavu metamateriálu mohou také tvořit jakousi páteř, která pomáhá botovi udržet tvar. Ve vodivé fázi se chová jako nervové buňky, zachycuje elektromagnetické signály a ovládá "svaly". Dalším zdokonalením je ultrazvukový prvek, který je na robota přitaven a pomáhá mu vnímat okolí.

Celkově má tento bot v podstatě několik systémů smíchaných do jednoho zařízení: nervový systém schopný vnímat a ovládat, "svalovou" složku a kosterní strukturu. Výsledkem je malý robot, který využívá elektrická pole ke snímání a navigaci v prostředí. Ještě působivější je jeho schopnost "porozumět" vlastním tělesným pohybům a prostoru - trik zvaný propriocepce, který byl nazván "šestým smyslem" lidského vnímání a jenž se u robotů uplatňuje jen zřídka.

 

ZDROJ

Související

Díky nové technologii bude mít umělá inteligence oči. Výkonnější než ty lidské

Technologie, která je popsána v nedávné studii publikované v časopise ACS Nano, je vlastně ještě výkonnější než lidské oko, alespoň pokud jde o rozsah vlnových délek, které dokáže vnímat; od ultrafialového přes viditelné světlo až po infračervené spektrum. K její jedinečnosti dále přispívá...


Robopes s rukou na svou první misi vyrazil do podzemního labyrintu

Ve spolupráci se společností Kolektory Praha strávil v podzemí ve třech různých kolektorech celkem šest dní vybavený navigačním systémem FEL ČVUT. Pořizoval přitom digitální 3D mapu kolektorů, kterou může využít zřizovatel, společnost Kolektory Praha, a. s., ke zpřístupnění běžně nedostupných...


Nové protézy fungují na principu čtení myšlenek

Většina komerčních protéz končetin, které jsou nyní na trhu, je ovládána rameny nebo hrudníkem pomocí systému drátů a popruhů. Sofistikovanější modely využívají senzory, které detekují drobné pohyby svalů v pacientově přirozené končetině nad protézou. Ani jeden z těchto způsobů však není...