Fortgeschrittene vierbeinige Schwarmroboter für komplexes Gelände

Das kollektive Verhalten von Ameisen, Honigbienen und Vögeln, um Probleme zu lösen und Hindernisse zu überwinden, ist etwas, das Forscher in Luft- und Unterwasserrobotik entwickelt haben. Die Entwicklung kleinmaßstäblicher Schwarmroboter mit der Fähigkeit, komplexes Gelände zu durchqueren, bringt jedoch eine einzigartige Reihe von Herausforderungen mit sich. Forscher haben mehrbeinige Roboter gebaut, die in herausfordernden Umgebungen manövrieren und schwierige Aufgaben gemeinsam bewältigen können, indem sie ihre natürlichen Vorbilder nachahmen.

Beinige Roboter können herausfordernde Umgebungen navigieren, wie raues Gelände und enge Räume, und die Nutzung von Gliedmaßen bietet effektive Körperunterstützung, ermöglicht schnelle Manövrierfähigkeit und erleichtert das Überwinden von Hindernissen. Allerdings stehen beinige Roboter in terrestrischen Umgebungen vor einzigartigen Mobilitätsherausforderungen, was zu reduzierter Fortbewegungsleistung führt.

Q&A mit dem Forscher lesen

In einem kurzen Q&A mit Tech Briefs erklärt Prof. Yasemin Ozkan-Aydin, was Schwärme tun können, sobald Funktionen fortgeschritten sind.

Die Forscher hypothesierten, dass eine physische Verbindung zwischen einzelnen Robotern die Mobilität eines terrestrischen beinigen Kollektivsystems verbessern könnte. Individuelle Roboter führten einfache oder kleine Aufgaben aus, wie das Überqueren einer glatten Oberfläche oder das Tragen eines leichten Objekts, aber wenn die Aufgabe über die Fähigkeit der einzelnen Einheit hinausging, verbanden sich die Roboter physisch miteinander, um ein größeres mehrbeiniges System zu bilden und Probleme gemeinsam zu überwinden.

Mit einem 3D-Drucker baute das Team vierbeinige Roboter von etwa 15 bis 20 cm Länge. Jeder war mit einem Lithium-Polymer-Akku, Mikrocontroller und drei Sensoren ausgestattet – einem Lichtsensor vorne und zwei magnetischen Tastsensoren vorne und hinten, die es den Robotern ermöglichen, sich miteinander zu verbinden. Vier flexible Beine reduzierten den Bedarf an zusätzlichen Sensoren und Teilen und gaben den Robotern ein Maß an mechanischer Intelligenz, das bei der Interaktion mit rauem oder unebenem Gelände half.

Nach dem Drucken jedes Roboters wurden sie auf Gras, Mulch, Blätter und Eicheln gebaut und getestet. Flachbodentests wurden über Spanplatten durchgeführt, und Treppen wurden aus Dämmstoffschaum gebaut. Die Roboter wurden auch über Teppich mit langem Flor und rechteckige Holzblöcke getestet, die auf Spanplatten geklebt waren, um raues Gelände zu simulieren. Wenn eine einzelne Einheit stecken blieb, wurde ein Signal an zusätzliche Roboter gesendet, die sich verbanden, um Unterstützung zu bieten und Hindernisse gemeinsam erfolgreich zu überwinden.

Die Arbeit wird das Design kostengünstiger beiniger Schwärme beeinflussen, die sich unvorhergesehenen Situationen anpassen und reale kooperative Aufgaben wie Such- und Rettungsaktionen, kollektiven Objektransport, Weltraumforschung und Umweltüberwachung ausführen können. Die Forschung wird sich auf die Verbesserung der Steuerung, Sensorik und Energiefähigkeiten des Systems konzentrieren, die für reale Fortbewegung und Problemlösung essenziell sind.

Für funktionale Schwarm-Systeme muss die Batterietechnologie verbessert werden. Kleine Batterien werden benötigt, die mehr Leistung liefern können, idealerweise länger als 10 Stunden halten. Andernfalls ist die Nutzung dieses Systemtyps in der realen Welt nicht nachhaltig. Weitere Einschränkungen sind der Bedarf an mehr Sensoren und leistungsstärkeren Motoren bei gleichzeitig kleiner Robotergröße.