科学家用3D打印技术制造蚂蚁机器人,可求助同伴相互连接,未来或将用于太空探索

大数据文摘·2021-11-18
“只要你有一台3D打印机和几百美元,你就可以制造出这样的机器人。”

蚂蚁虽小,力大无穷。

在漫威电影《蚁人》中,我们能看到一群协同工作的蚂蚁,得以完成规模巨大的任务。

对于工程师们而言,想要制造出这样同心协力的小型机器人,在蚂蚁身上寻求灵感是再好不过了。

这不,圣母大学电气工程系博士Yasemin Ozkan-Aydin和佐治亚理工学院物理学院教授Daniel Goldman就制作了这么一组类似蚂蚁的机器人,这些机器人能够向同伴求助,同时完成一些复杂的任务,还无需程序员的额外指导

这些蚂蚁机器人只有6英寸大小,往往能单独克服障碍和地形,当它们不能单独完成任务时,它们还会连接起来形成更长的链条,就像真正的蚂蚁一样。

每个机器人身上都配备了微控制器和锂聚合物电池,前端还配有一个LED光传感器,主要用于提醒两端集群和磁性触摸传感器,使“蚁群”能够相互连接。

Yasemin Ozkan-Aydin表示,这些机器人最佳用途是用于太空探索,“它们小而便宜,尺寸和重量设计都基于太空旅行的因素考量”。

这项研究成果以论文的形式发表在了SCIENCE ROBOTICS上。

论文链接:

https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abf1628

以蚂蚁为灵感,搭建一个低成本小型机器人集群

在自然界,当蚂蚁在遇到无法单靠自己的力量足以克服的障碍时,它们会召唤同伴,然后协调工作完成任务,甚至用自己的身体搭建桥梁,允许其它蚂蚁穿越相对较大的间隙。

这也正是Ozkan-Aydin和Goldman的灵感来源。

根据Ozkan-Aydin表示,在这项研究中,她假设单个机器人之间的物理连接可以增强陆地机器人集体的移动性。单个机器人执行简单的任务,例如在光滑的表面上移动或搬运轻巧的物体,但如果任务超出单个机器人的能力范围,机器人会通过物理连接以形成更大的多腿系统,集体克服问题。

由于整个研发过程是在新冠期间进行的,他们不得不使用使用现成的材料进行设计。Ozkan-Aydin使用3D打印机制造了长度为15至20厘米的四足机器人,每个机器人身上都配备了锂聚合物电池、微控制器和三个传感器,允许机器人相互连接。

灵活的腿部减少了对额外传感器和零件的需求,同时为机器人提供了一定程度的机械智能,这有助于在崎岖或不平坦的地形上进行交互,“不需要额外的传感器来检测障碍物,机器人可以直接越过它们”。

“他们可以测试路径上的缝隙,用身体搭建一座桥梁;单独移动物体;或连接以在不同类型的环境中共同移动物体,就和真正的蚂蚁一模一样。”

“只要你有一台3D打印机和几百美元,你也可以制造出这样的机器人。”

Ozkan-Aydin表示,该设计还有待改进,但她希望这项研究的结果能够为低成本机器人集群的设计提供信息,这些群集可以适应不可预见的地理环境,并合作完成执行现实世界的任务,比如搜救行动、集体物体运输、空间探索和环境监测等。

“对于功能性集群系统,电池技术需要改进。我们需要能够提供更多电力的小型电池,理想情况下可以持续10小时以上。否则系统在现实使用时是难以持续的。”其他改进还包括更多的传感器和更强大的电机,“你需要考虑机器人在现实世界中的功能,需要多少功率,使用的电池大小,一切都是有限的,你需要对机器的每个部分负责”。

性能检测:机器人如何向同伴求助

接下来,我们就来看看这些机器人的实际表现到底如何。

可以看到,穿越一些简单的场地内,比如落叶堆、草丛,还是相当得心应手的:

同时,四肢和尾巴等部位可以通过环境动力的相互作用,为支持身体平衡、平稳移动等提供动力。

最初的设计构想是采用蜈蚣设计,但考虑到模块化因素,最终使用的是蚂蚁配置,可以看到,当一只“蚂蚁”被卡住时,它就会亮灯,向其他机器人发出求助信号,另一个机器人的LED传感器将测量光线的梯度,以了解同伴的方位,如此多个机器人协同运作,实现分担负载的功能。‍

比如,多个机器人一起搬运较大的物品:

或者,为了穿越一些不平坦的地形,机器人也可能会以长链的形式执行。“可以根据特定任务的需要使用尽可能多的机器人”,Ozkan-Aydin表示,“在我们的一项实验中,机器人需要在狭窄的迷宫中穿行,体积更大的机器人则会相对吃力一些”。 

大自然永远是人类的灵感源泉,这些机器人不仅可以帮助我们了解生物系统以及协同工作的方式和发展,甚至,当未来某天我们涉足另个星球时,这些成群的蚂蚁机器人已经在那里等着我们了。

这么一想,似乎倒也挺美好的。

相关报道:

https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-10179259/3D-printed-robot-ants-link-complete-complex-tasks-call-help.html 

https://www.syfy.com/syfy-wire/3d-printed-ant-robots-work-together-to-solve-problem

https://news.nd.edu/news/researchers-successfully-build-four-legged-swarm-robots/ 

本文来自微信公众号 “大数据文摘”(ID:BigDataDigest),作者:Caleb,36氪经授权发布。

+1
2

好文章,需要你的鼓励

参与评论
评论千万条,友善第一条
后参与讨论
提交评论0/1000

文章提及的项目

下一篇

SpaceX的目标是明年进行多达12次星际飞船测试飞行,以完成“测试飞行计划”,并在2023年发射“真正的有效载荷”。

2021-11-18

36氪APP让一部分人先看到未来
36氪
鲸准
氪空间

推送和解读前沿、有料的科技创投资讯

一级市场金融信息和系统服务提供商

聚焦全球优秀创业者,项目融资率接近97%,领跑行业