Roboty nie muszą być wyposażone w czujniki, aby się poruszać. Kluczowa jest większa liczba nóg

Wielonożne roboty, inspirowane mechaniką ruchu stonogi, mogą się przemieszczać w trudnym terenie bez konieczności zbierania danych z jakichkolwiek czujników lub technologii sterowania. Zespół naukowców z Georgia Institute of Technology, który opracował takie urządzenie, podkreśla, że może ono posłużyć zarówno jako mikrorobot do dostarczania leków do chorych narządów, jak i łazik do eksploracji Marsa. Ważną cechą zwiększającą zakres możliwości wykorzystywania robota jest też jego modułowość – można do niego w łatwy sposób dołączać kolejne pary nóg.

– Uważa się, że począwszy od sześcionoga, przetwarzanie informacji z otoczenia nie jest potrzebne i można poruszać się tak szybko jak to możliwe, nie znając terenu. Stonoga po nierównym terenie porusza się niemal tak samo szybko jak po płaskim. Jej nogi po prostu przesuwają się po niepewnym terenie. Chcemy zbudować podobnego robota, przypominającego stonogę – mówi w wywiadzie dla agencji Newseria Innowacje dr Baxi Chong z Georgia Institute of Technology. – To nowe podejście. Inspiracje dla naszych robotów wydają się ograniczone do ludzi i psów. Jeśli więc w przyrodzie w toku ewolucji pojawiło się tyle różnych sposobów poruszania się, to dlaczego tworząc roboty, korzystamy tylko z niektórych? Inne występujące wśród zwierząt metody ruchu muszą mieć swoje zalety i powinniśmy się im przyjrzeć. To kolejny powód, dla którego potrzebne jest zróżnicowanie kształtów robotów.

Zgodnie z wysnutą przez naukowców teorią nadmiarowości przestrzennej dodanie par nóg do robota zwiększa jego zdolność poruszania się po trudnych powierzchniach. Nie ma przy tym potrzeby stosowania czujników interpretujących otoczenie. Jeśli bowiem jedna noga się chwieje, to dzięki wszystkim innym, w jakie robot jest wyposażony, ruch zostanie utrzymany. 

– W tradycyjnej koncepcji roboty muszą znać swoje otoczenie, aby się poruszać. Muszą wiedzieć, gdzie się znajdują, czego mogą się spodziewać i być w stanie zaplanować kolejne kroki. Dotyczy to człekokształtnych robotów dwunożnych lub psów-robotów. Zastanawialiśmy się, co by się stało, gdybyśmy mieli do dyspozycji więcej nóg i na przykład robota sześcionożnego. Ryzyko upadku takiego sześcionoga jest mniejsze, ale wciąż niepewność co do otoczenia może generować zakłócenia, które sprawiają, że ruch jest nieprzewidywalny. Zwiększając liczbę nóg na przykład do 10, 12, a nawet 16, jesteśmy w stanie uczynić ten ruch bardziej przewidywalnym, nawet na nierównym, niepewnym terenie. Wówczas nie potrzebujemy tylu informacji, nie musimy znać dokładnie otoczenia, a i tak możemy poruszać się dalej – podkreśla dr Baxi Chong.

Aby potwierdzić swoje przypuszczenia, naukowcy przeprowadzili serię eksperymentów, w ramach których zbudowali w laboratorium tereny naśladujące środowisko naturalne. Następnie przetestowali robota, zwiększając za każdym razem liczbę nóg o dwa, zaczynając od sześciu, a kończąc na 16. Wraz ze wzrostem liczby nóg robot mógł się poruszać po terenie zwinniej, nawet bez czujników, co potwierdza przyjętą tezę. Następnie robot został przetestowany w prawdziwym środowisku.

– Zaletą naszego robota jest niska cena. W przeciwieństwie do innych, których ceny sklepowe przekraczają 10 tys. dol., nasz robot może kosztować zaledwie tysiąc dolarów lub mniej. Drugą zaletą jest to, że nie potrzebuje czujników, można go po prostu puścić w ruch. Ma to zastosowanie choćby w misjach poszukiwawczo-ratowniczych, gdzie otoczenie bywa tak nieprzewidywalne, że uniemożliwia przetwarzanie informacji w czasie rzeczywistym. Może też dochodzić do uszkodzenia czujników przez teren. Kolejne potencjalne zastosowanie to mikroroboty. Jeśli chcemy stworzyć robota, który dokonuje operacji albo trafia do krwiobiegu, to nie możemy zbudować aż tak małych czujników. Potrzebny jest nam więc robot, który wykona zadanie na poziomie mikroskopowym. Takie roboty mogą się też przydać przy eksploracji Marsa, gdzie teren jest nie do końca znany – w takiej sytuacji  roboty bezczujnikowe mogą sobie poradzić lepiej – wymienia naukowiec Georgia Institute of Technology.

Już dziś robot stworzony przez zespół jest stosowany w rolnictwie. Może być użyty do walki z chwastami na polach uprawnych, na których środki chwastobójcze są nieskuteczne. Urządzenie porusza się po polu i usuwa chwasty w sposób podobny do takiego, który jest stosowany w autonomicznych odkurzaczach. W planach jest dalsze udoskonalania robota. Naukowcy chcą m.in. ustalić optymalną liczbę nóg potrzebnych do wykonywania zadań w terenie.

– Zaletą rozwiązania jest fakt, że można w nim łączyć roboty szeregowo. Wystarczy zbudować jednego czworonożnego robota, a potem połączyć go z kolejnymi, wydłużając całe urządzenie. Nie trzeba projektować każdego członu oddzielnie – to modułowy robot z powtarzającym się czworonożnym modułem – podkreśla dr Baxi Chong.

Według Allied Market Research światowy rynek materiałów biomimetycznych był w 2020 roku wart niemal 38 mld dol. Do 2030 roku ma to być już niemal 66 mld dol.