Учені MIT створили кубічних роботів, здатних змінювати форму в космосі
Якщо ви стоїте перед вибором: відправити в космос рій повнорозмірних окремих роботів або велику команду менших роботизованих модулів, ви можете обрати друге.
Модульні роботи, подібні до тих, що показані в таких фільмах, як «Місто героїв», мають особливі сподівання завдяки своїм здатностям до самозбирання та реконфігурації. Але попри амбітне прагнення до швидкого й надійного розгортання в галузях, що охоплюють дослідження космосу, пошук і порятунок та зміну форми, модульні роботи, створені на сьогодні, все ще трохи незграбні.
Як правило, вони складаються з набору великих і дорогих двигунів для полегшення руху, що потребує такої необхідної уваги до більш масштабованих архітектур — як за кількістю, так і за розміром.
Учені з Лабораторії комп'ютерних наук та штучного інтелекту Массачусетського технологічного інституту (MIT CSAIL) звернулися до електромагнетизму — електромагнітних полів, що створюються рухом електричного струму, — щоб уникнути звичайного складання громіздких і дорогих приводів в окремі блоки.
Натомість вони вбудували в краї кубів невеликі, легко виготовлювані та недорогі електромагніти, які відштовхуються і притягуються, дозволяючи роботам обертатися і рухатися один навколо одного, а також швидко змінювати форму.
ElectroVoxel має довжину сторони близько 60 мм, а магніти складаються з феритового сердечника (тип магнітопроводу, він виглядає як маленька чорна трубочка), обмотаного мідним дротом, загальною вартістю лише $0,60. Всередині кожного куба розташовані крихітні друковані плати та електроніка, які пропускають струм через потрібний електромагніт у потрібному напрямку.
На відміну від традиційних петель, які потребують механічного з'єднання двох елементів, ElectroVoxel повністю бездротовий, що значно спрощує обслуговування та виробництво великомасштабної системи.
Щоб краще візуалізувати, як група блоків виглядатиме під час взаємодії, учені використали програмний планувальник, який відображає реконфігурації та обчислює лежачі в їх основі електромагнітні розподіли. Користувач може маніпулювати до тисячі кубів лише кількома клацаннями миші або використовувати попередньо визначені сценарії, які кодують кілька послідовних поворотів.
Система справді дозволяє користувачу керувати долею блоків у розумних межах — можна змінити швидкість, виділити магніти та відобразити необхідні рухи, щоб уникнути зіткнень. Ви можете вказати блокам приймати різні форми (наприклад, стільця або дивана).
Дешеві маленькі блоки особливо корисні для умов мікрогравітації, де будь-яка конструкція, яку ви хочете вивести на орбіту, має поміститися всередині ракети, що використовується для її запуску. Після первинних випробувань ElectroVoxel учені виявили справжню невагомість під час випробування в польоті в умовах невагомості із загальним стимулом для вдосконалення інструментів дослідження космосу, таких як реконфігурація без палива або зміна інерційних властивостей космічного корабля.
Наприклад, завдяки безпаливному спрацьовуванню немає потреби запускати додаткове пальне для реконфігурації, що вирішує багато проблем, пов'язаних із масою та об'ємом запуску.
Таким чином, є надія, що цей метод реконфігурації може допомогти багатьом майбутнім космічним починанням: збільшення і заміна космічних структур під час кількох запусків, тимчасові конструкції для огляду космічного корабля та допомоги космонавтам, а також майбутні ітерації кубів, які діятимуть як самостійні сортувальники контейнерів для зберігання.
«ElectroVoxel показує, як спроєктувати повністю реконфігуровану систему, і знайомить наше наукове співтовариство з проблемами, які необхідно розв'язати, щоб мати повнофункціональну модульну роботизовану систему на орбіті. Це дослідження демонструє, наскільки просто створювати, експлуатувати та обслуговувати поворотні куби з електромагнітним приводом, що дозволяє створити гнучку, модульну та реконфігуровану систему, яка може стати джерелом натхнення для розробки інтелектуальних компонентів майбутніх дослідницьких місій»
Щоб блоки рухалися, вони мають дотримуватися певної послідовності, як маленькі однорідні шматочки тетрису. У цьому випадку послідовність поляризації складається з трьох кроків: запуск, переміщення та лов, причому на кожній фазі є куб, що рухається (для переміщення), початковий (звідки запускається куб, що рухається) і пункт призначення (який ловить куб, що рухається).
Користувачі програмного забезпечення можуть вказати, який куб повертати в якому напрямку, а алгоритм автоматично обчислить послідовність і адресу електромагнітних дій, необхідних для цього (відштовхування, притягання або вимкнення).
Що стосується майбутньої роботи, перехід із космосу на землю є природним наступним кроком для ElectroVoxel, який потребуватиме детальнішого моделювання та оптимізації цих електромагнітів для реконфігурації проти гравітації на нашій планеті.
«Під час будівництва великої складної конструкції ви не хочете, щоб вас обмежували доступність і досвід людей, які її збирають, розмір вашого транспортного засобу або несприятливі умови навколишнього середовища на місці збирання. Хоча ці аксіоми справедливі на Землі, вони дуже важливі для створення речей у космосі. Якби у вас були структури, що складаються з простих однорідних модулів, ви могли б усунути багато з цих проблем. Таким чином, хоча потенційні переваги в космосі особливо великі, парадокс полягає в тому, що сприятлива динаміка, яку забезпечує мікрогравітація, означає, що деякі з цих проблем насправді також легше вирішити — у космосі навіть крихітні сили можуть змусити рухатися великі об'єкти. Застосовуючи цю технологію для вирішення реальних короткострокових проблем у космосі, ми сподіваємося створити технологію для майбутнього використання і на Землі»
Ніссер написав статтю разом із Леоном Ченгом та Яшасвіні Макарам з MIT CSAIL, доцентом Університету Калгарі з комп'ютерних наукРіо Судзукі та професором Массачусетського технологічного інституту Стефані Мюллер. Вони представлять свою роботу на Міжнародній конференції з робототехніки та автоматизації 2022 року. Робота була частково підтримана Ініціативою з дослідження космосу Массачусетського технологічного інституту.
