Робо-частицы объединяются в рой чтобы двигаться к свету

Большинство роботов обычно выполняют одну конкретную работу, поэтому они не очень приспособлены к новым ситуациям. Но это может измениться с набором роботов , разработанных исследователями из MIT, Гарвардского, Колумбийского и Корнельского университетов.

Эти «робо-частицы», как называет их команда, представляют собой простые круглые устройства, которые могут соединяться друг с другом с помощью магнитов, чтобы двигаться и работать как единый рой.

Устройство робо-частиц

Индивидуально, роботы довольно простые. Каждая из них состоит из кольца панелей, которые могут расширяться и сжиматься, как апертурное кольцо (диафрагма) камеры, диаметром от 6 до 9 дюймов (от 15 до 23 см).

Он приводится в действие небольшим двигателем, батареей и микроконтроллером в основании. Каждый из них также имеет встроенные светочувствительный элемент и коммуникатор. Каждая единица сама по себе не может сделать ничего, кроме расширения и сжатия, но стоит их соединить, и они могут общаться, чтобы передвигаться как единое целое.

Все они имеют магниты по краям, что позволяет им свободно прикрепляться друг к другу, и благодаря скоординированному расширению и сжатию рой может перемещаться к источнику света и даже переносить или толкать объекты. Сама система может состоять из практически любого количества роботови иметь любую необходимую форму. Они могут быть вытягиваться в цепь, чтобы протискиваться через узкие зазоры, или рассеиваться врассыпную, чтобы двигаться быстрее.

И поскольку они напрямую не полагаются друг на друга, одно неисправное устройство не поставит под угрозу остальную часть роя. «У нас есть маленькие роботизированные ячейки, которые не так много могут по отдельности, но могут гораздо больше в группе», - говорит Даниела Рас (Daniela Rus), автор исследования.

«Робот сам по себе статичен, но когда он соединяется с другими частицами, неожиданно коллектив роботов может исследовать мир и совершать более сложные действия. Частицы могут принимать различные формы, претерпевать глобальные трансформации, двигатьсяи вести себя как единое целое, и, как мы показали в наших экспериментах, следовать по направлению света. Это замечательно». Особенно интересны алгоритмы, которые управляют этими групповыми передвижениями.

Каждая частица будет чувствовать интенсивность света и передавать это число своим товарищам по рою, прислушиваясь к тем же сигналам от роботов вокруг. Частицы запрограммированы на движение в определенном порядке, как «мексиканская волна»: самые дальние от источника света будут расширяться и сжиматься первыми, а лишь затем последующие, вплоть до самого близкого.

«Это создает механическую волну расширения-сжатия, скоординированное толкающее и растягивающее движение, которое перемещает большой кластер в сторону воздействия окружающей среды, или в противоположную», - говорит Шугуан Ли (ShuguangLi), первый соавтор исследования.

«Если вы испортите синхронизацию, система будет работать менее эффективно». В физических экспериментах команда продемонстрировала, как 24 робо-частицы могут работать вместе, чтобы перемещаться, ползти к лампочкам и менять направление при включении и выключении разных ламп. \

В то же время они могли обходить и преодолевать препятствия. Чтобы показать, как система в принципе бесконечно масштабируема, исследователи провели моделирование до 10 000 отдельных частиц. И опять же, причудливый метод сработал, приведя рой к цели, даже когда целых 20 процентов отдельных единиц потерпели неудачу.

Прошлое и будущее коллективных роботов

Это далеко не первый раз, когда мы видели коллективных роботов. Некоторые из авторов этого исследования начали с роботизированных кубов еще в 2013 году, в то время как другие команды разработали роботов, которые моделируют рои насекомых.

Команде из Гарварда удалось собрать до 1000 крошечных частиц, образующих заранее заданные формы, и мы уже видели блочных роботов,способных собираться в 57 различных конфигураций в зависимости от поставленной задачи.

В будущем команда планирует сделать роботов-частиц более соответствующими своему названию. Долгосрочная цель состоит в том, чтобы уменьшить компоненты настолько, чтобы можно было собирать миллионы микроскопических частиц-роботов в общий рой.