釋放不對稱的”無腦”機器人能自主導航穿越複雜迷宮
研究人員創造了一種軟體機器人,這種機器人可以在沒有人類或計算機指揮的情況下穿越簡單的迷宮,它的非對稱形狀可以讓他獨立完成轉彎並防止被困,現在,他們在這項工作的基礎上創造了一種”無腦”軟體機器人,這種機器人可以在更加複雜和動態的環境中導航。
“在我們早期的工作中,我們展示了我們的軟體機器人能夠在一個非常簡單的障礙物中扭轉方向,”相關論文的共同通訊作者、北卡羅來納州立大學機械與航空航天工程系副教授尹傑說。”然而,除非遇到障礙物,否則它無法轉彎。實際上,這意味著機器人有時會被卡住,在平行障礙物之間來回顛簸。”
“後來,我們開發出一種新型軟體機器人,它能夠自行轉彎,使其能夠穿過曲折的迷宮,甚至能夠繞過移動的障礙物。而這一切都是利用物理智能完成的,而不是由計算機來引導”。
物理智能是指動態物體(如軟體機器人)的行為受其結構設計和材料的支配,而不是由計算機或人工干預來指導。
研究人員創造了一種軟體機器人,這種機器人可以在沒有人類或計算機指揮的情況下穿越簡單的迷宮。該機器人的一半形狀像一條扭曲的絲帶,呈直線延伸,另一半形狀像一條更緊密扭曲的絲帶,也像螺旋階梯一樣繞著自己旋轉。這種不對稱設計意味著機器人的一端比另一端對地面施加更大的力。資料來源:北卡羅來納州立大學,尹傑
材料和運動機制
與早期版本一樣,新型軟體機器人由帶狀液晶彈性體製成。當機器人被放置在溫度至少為55 攝氏度(131 華氏度)(比周圍空氣溫度高)的表面上時,軟帶接觸表面的部分會收縮,而暴露在空氣中的部分則不會收縮。這就產生了滾動運動;表面溫度越高,機器人滾動得越快。
不過,前一版本的軟體機器人採用對稱設計,而新機器人則有明顯的兩半。其中一半的形狀像一條扭曲的帶子,呈直線延伸;另一半的形狀像一條扭曲得更緊的帶子,也像螺旋樓梯一樣繞著自己旋轉。
這種不對稱設計意味著機器人的一端比另一端對地面施加更大的力。想想一個塑料杯,它的杯口比杯底寬。如果你把它從桌子上滾過,它不會沿直線滾動,而是會在桌面上劃出一道弧線。這是因為它的形狀不對稱。
克服設計限制
論文第一作者、北卡羅來納州立大學博士後研究員趙耀(音譯)說:”我們的新型機器人背後的理念相當簡單:由於它採用了不對稱設計,因此無需接觸物體就能轉彎。因此,雖然當它接觸到物體時仍能改變方向–使它能在迷宮中穿行–但它不會卡在平行物體之間。相反,它的弧形運動能力使它基本上可以扭動身體,獲得自由。 “
研究人員展示了非對稱軟體機器人設計的能力,它能在更複雜的迷宮(包括帶有移動牆壁的迷宮)中導航,並能穿過比其身體尺寸更窄的空間。研究人員在金屬表面和沙地上測試了新的機器人設計。不對稱機器人的工作視頻請點擊這裡:
“這項工作又向前邁進了一步,有助於我們開發軟體機器人設計的創新方法–特別是針對軟體機器人能夠從環境中獲取熱能的應用,”Yin 說。