تقدم كبير في علم الروبوتات المتصلة مستوحى من سلوكيات الأفيال

تطوير استراتيجيات ذكية لتنظيم الصلابة وتعزيز قدرة الروبوتات المتصلة بشكل أكبر في استكشاف سيناريوهات غير متوقعة في الوقت الفعلي

لا تعمل الروبوتات التقليدية التي تعتمد على مفاصل منفصلة دائمًا بشكل جيد في المهام المعقدة في العالم الحقيقي ، لا سيما تلك التي تنطوي على معالجة حاذقة للأشياء. وهكذا حاول بعض علماء الروبوتات ابتكار روبوتات متصلة ومنصات آلية تتميز بدرجات لا نهائية من الحرية وعدم وجود عدد ثابت من المفاصل.

تعتمد الروبوتات المستمرة عادةً على الكابلات أو المكونات الأخرى القابلة للتشوه التي يمكن أن تتحرك بحرية أكبر ولا يتم تقييدها بواسطة هياكل مفصلية ثابتة. على الرغم من هذه المزايا ، فإن العديد من تصميمات الروبوتات المستمرة المقترحة لا تزال غير قادرة على التنقل بكفاءة في البيئات المعقدة وغير المنظمة.

طور باحثون في جامعة صن يات سين وجامعة داليان للتكنولوجيا، وجامعة لندن ساوث بانك، مؤخرًا روبوتًا جديدًا متصلًا مستوحى من جذوع الأفيال، هذا الروبوت، الذي تم تقديمه في بحث نُشر في Soft Robotics ، لديه تصميم قابل للتخصيص يسمح بتخصيصه لتطبيقات مختلفة.

 التطبيق ذات الانحناءات المتغيرة

قال Jianing Wu ، أحد الباحثين الذين أجروا الدراسة: “اكتشفنا أن الروبوتات المتصلة الحالية التي تعمل بالكابلات تظهر دائمًا ملامح على شكل دائرة بعد التشوه، مما قد يعيق تفاعلها مع بيئات الانحناء المتفاوتة”، “للتغلب على هذا القيد ، حاولنا اقتراح نموذج آلي متصل للتكيف مع سيناريوهات التطبيق ذات الانحناءات المتغيرة.”

تنقسم جذوع الفيل بشكل طبيعي إلى أجزاء محدودة متصلة بواسطة مفاصل زائفة، يسمح هذا للأفيال بالتفاعل مع البيئات غير المهيكلة بشكل أكثر كفاءة، على سبيل المثال عن طريق الضغط بمرونة على جذعها في مساحات ضيقة أو الوصول إلى الفروع الأعلى.

التحرك عبر خطوط الأنابيب بانحناءات مختلفة

نظرًا لتشكيلها الفريد ، يمكن تنظيم صلابة الأجزاء المختلفة من جذوع الأفيال بشكل مستقل وضبطها للانحناء بطرق مختلفة. يسمح هذا في النهاية للفيل بتكييف شكل جذعه للتعامل مع المهام المختلفة والوصول إلى الأشياء ذات الأشكال المختلفة.

أوضح Haijun Peng ، وهو باحث آخر في هذه الدراسة ، “مستوحى من حركات جذوع الأفيال ، قدمنا روبوتًا متصلًا بتوزيع صلابة قابل للبرمجة مسبقًا لحل مشكلة الروبوتات التي كنا نحاول معالجتها”، “من خلال تنظيم توزيع الصلابة ، فإن روبوتنا المستوحى من الحيوية لا يوضح أنماط التشوه المختلفة فحسب، بل إنه قادر أيضًا على التحرك عبر خطوط الأنابيب بانحناءات مختلفة.

برمجة خصائص الصلابة المحلية للروبوت

يعتمد الروبوت المستوحى من جذع الفيل الذي ابتكره وو وزملاؤه على هيكل شد من الدرجة الثالثة يتكون من عدة عناصر مرنة ، موزعة بالتساوي في جميع أنحاء الهيكل. سمح ذلك للباحثين ببرمجة خصائص الصلابة المحلية للروبوت ببساطة عن طريق استبدال العناصر المرنة بعناصر أخرى ذات مقادير صلابة مختلفة.

قال وو: “بالاستفادة من الاختلاف في توزيع الصلابة ، يعرض الروبوت المتصل تكوينات روبوتية مختلفة وفقًا لمعيار تشغيل متطابق”، “إن روبوتنا المتصل المستوحى من الأحياء قادر ليس فقط على التفاعل المطابق مع بيئات الانحناء المتفاوتة ولكن يبسط تعقيد أنظمة التشغيل والتحكم المطلوبة من خلال الاستفادة من الذكاء المتأصل.”

12 وحدة مرنة

استخدم الباحثون تصميمهم حتى الآن لإنشاء نموذج أولي للروبوت يتكون من 12 وحدة مرنة، ثم عرضوا قدرات التشوه في سلسلة من التجارب ، مع التركيز على سيناريوهات مختلفة في العالم الحقيقي.

وقال وو “التطور طويل الأمد والذي لا ينتهي أبدًا قاد الحيوانات لإظهار قدرات مذهلة”، “إذا استخدمنا حذرنا الكامل لمراقبتها، فقد نحصد مجموعة من نماذج التصميم المستوحاة من الأحياء للأنظمة الروبوتية المستقبلية، على سبيل المثال، مستوحاة من السلوك التفاعلي لجذوع الفيل، يمكننا تقديم روبوت متصل أكثر مرونة لتلبية متطلبات التفاعل في بيئات الانحناء المتفاوتة. ”

أتمتة المزيد من المهام الواقعية في بيئات غير منظمة

في المستقبل ، يمكن للروبوت المتصل الذي أنشأه فريق الباحثين هذا، أن يساعد في أتمتة المزيد من المهام الواقعية في بيئات غير منظمة ، والتي يصعب أو يستحيل معالجتها باستخدام الروبوتات ذات الهياكل المشتركة الصلبة. نظرًا لتصميمه الفريد ، يمكن للروبوت أيضًا دعم وظائف مختلفة في وقت واحد من خلال تثبيت مؤثرات نهائية متنوعة، مثل القابض وأجهزة الاستشعار.

وأضاف وو: “نود الآن تطوير استراتيجيات ذكية لتنظيم الصلابة ، والتي يمكن من خلالها تعزيز قدرة الروبوتات المتصلة بشكل أكبر في استكشاف سيناريوهات غير متوقعة في الوقت الفعلي”، “على سبيل المثال ، سيتم استخدام بعض المواد المتقدمة لتصنيع عناصر الزنبرك ، مثل سبيكة ذاكرة الشكل، واللدائن المرنة العازلة”.