11:41 2024-04-30 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Roboții nu pot depăși animalele. Un nou studiu explorează de ce

_ Roboții nu pot depășește animalele. Un nou studiu explorează de ce

Întrebarea poate fi versiunea din secolul 21 a fabulei broaștei țestoase și iepurii: cine ar câștiga într-o cursă pe jos între un robot și un animal?

Într-un articol de nouă perspectivă, o echipă de ingineri din Statele Unite și Canada, inclusiv roboticianul Kaushik Jayaram de la Universitatea din Colorado Boulder, și-a propus să răspundă la această ghicitoare. Grupul a analizat date din zeci de studii și a ajuns la un „nu” răsunător. În aproape toate cazurile, organismele biologice, cum ar fi gheparzi, gândacii și chiar oamenii, par să poată depăși omologii lor roboți.

Cercetătorii, conduși de Samuel Burden de la Universitatea din Washington și Maxwell Donelan de la Universitatea din Washington. Universitatea Simon Fraser, și-au publicat descoperirile săptămâna trecută în revista Science Robotics.

„Ca inginer, este oarecum supărător”, a spus Jayaram, profesor asistent la Departamentul de Inginerie Mecanică Paul M. Rady. la CU Boulder. „Peste 200 de ani de inginerie intensă, am reușit să trimitem nave spațiale pe Lună și Marte și multe altele. Dar este confuz faptul că nu avem încă roboți care să fie semnificativ mai buni decât sistemele biologice la locomoție în medii naturale”.

El speră că studiul îi va inspira pe ingineri să învețe cum să construiască roboți mai adaptabili și mai abili. Cercetătorii au ajuns la concluzia că eșecul roboților de a depăși animalele nu se reduce la deficiențe ale vreunei piese de mașini, cum ar fi bateriile sau actuatoarele. În schimb, locul în care inginerii s-ar putea slăbi este în a face ca acele părți să lucreze împreună eficient.

Această activitate este una dintre principalele pasiuni ale lui Jayaram. Laboratorul său din campusul CU Boulder găzduiește o mulțime de târâtoare înfiorătoare, inclusiv câțiva păianjeni lup blănos, care au aproximativ o jumătate de dolar.

„Pianjenii lupi sunt vânători naturali”, a spus Jayaram. „Trăiesc sub pietre și pot alerga pe teren complex cu o viteză incredibilă pentru a prinde prada.”

El își imaginează o lume în care inginerii construiesc roboți care funcționează puțin mai mult ca aceste arahnide extraordinare.

„Animalele sunt, într-un anumit sens, întruchiparea acestui principiu suprem de design – un sistem care funcționează foarte bine împreună”, a spus el.

Energia gândacului

Întrebarea „ cine poate alerga mai bine, animalele sau roboții?" este complicat pentru că alergarea în sine este complicată.

În cercetările anterioare, Jayaram și colegii săi de la Universitatea Harvard au proiectat o linie de roboți care încearcă să imite comportamentul gandacului de multe ori insultat. Modelul HAMR-Jr al echipei se potrivește peste un ban și sprintează cu viteze echivalente cu cele ale unui ghepard. Dar, a remarcat Jayaram, în timp ce HAMR-Jr poate opri o mișcare înainte și înapoi, nu se mișcă la fel de bine dintr-o parte în alta sau pe teren accidentat. Gândacii umili, în schimb, nu au probleme să treacă peste suprafețe de la porțelan la murdărie și pietriș. Ele pot, de asemenea, să zdrobească pereții și să se strecoare prin fisuri minuscule.

Pentru a înțelege de ce o astfel de versatilitate rămâne o provocare pentru roboți, autorii noului studiu au împărțit aceste mașini în cinci subsisteme, inclusiv putere, cadru, acționare, detectarea și controlul. Spre surprinderea grupului, puține dintre aceste subsisteme păreau să nu atingă echivalentele lor la animale.

Bateriile litiu-ion de înaltă calitate, de exemplu, pot furniza până la 10 kilowați de putere pentru fiecare kilogram ( 2,2 lire) cântăresc. În schimb, țesutul animal produce aproximativ o zecime din aceasta. Mușchii, între timp, nu se pot apropia de cuplul absolut al multor motoare.

„Dar la nivel de sistem, roboții nu sunt la fel de buni”, a spus Jayaram. „Ne confruntăm cu compromisuri inerente de proiectare. Dacă încercăm să optimizăm pentru un lucru, cum ar fi viteza de avans, s-ar putea să pierdem altceva, cum ar fi capacitatea de întoarcere.”

Deci, cum pot inginerii să construiască roboți care, ca și animalele, sunt mai mult decât suma părților lor?

Animalele, a remarcat Jayaram, nu sunt împărțite în subsisteme separate în același mod ca roboții. Cvadricepsul tău, de exemplu, îți propulsează picioarele, așa cum actuatorii lui HAMR-Jr își mișcă membrele. Dar quad-urile își produc și propria putere prin descompunerea grăsimilor și zaharurilor și încorporând neuroni care pot simți durerea și presiunea.

Jayaram crede că viitorul roboticii se poate reduce la „subunități funcționale” care fac același lucru: În loc să păstrați sursele de alimentare separate de motoare și plăci de circuite, de ce să nu le integrați pe toate într-o singură piesă? Într-o lucrare din 2015, informaticianul CU Boulder Nikolaus Correll, care nu a fost implicat în studiul actual, a propus astfel de „materiale robotice” teoretice care funcționează mai mult ca quad-urile tale.

Inginerii sunt încă departe. de la atingerea acestui scop. Unii, precum Jayaram, fac pași în această direcție, cum ar fi prin robotul CLARI (Compliant Legged Articulated Robotic Insect) al laboratorului său, un robot cu mai multe picioare care se mișcă puțin ca un păianjen. Jayaram a explicat că CLARI se bazează pe un design modular, în care fiecare dintre picioarele sale acționează ca un robot autonom, cu propriul său motor, senzori și circuite de control. Versiunea nouă și îmbunătățită a echipei, numită mCLARI, se poate mișca în toate direcțiile în spații restrânse, o premieră pentru roboții cu patru picioare.

Este încă un lucru pe care inginerii precum Jayaram îl pot învăța de la acei vânători perfecți, păianjenii lupi.

„Natura este un profesor cu adevărat util.”

(Fluierul)

Inapoi