santrauka: Mokslininkai išsiaiškino, ar šiuolaikiniai robotai gali pranokti biologinius organizmus greičiu ir judrumu. Tyrime padaryta išvada, kad nepaisant inžinerijos pažangos, gyvūnai vis dar lenkia robotus lokomotyvų efektyvumu natūralioje aplinkoje.

Tyrėjai nustatė, kad robotų komponentų integracija neatitinka nuoseklaus sistemos lygio proceso, kuris pastebimas gyvūnams. Ši vizija skatina kurti labiau integruotas ir pritaikomas robotų sistemas, įkvėptas gamtos dizaino.

Pagrindiniai faktai:

1. Robotas prieš biologinį efektyvumą: Tyrimas patvirtina, kad atskiri robotų posistemiai, tokie kaip galia ir paleidimas, gali atitikti arba viršyti savo biologinius atitikmenis, tačiau robotai neveikia taip gerai kaip gyvūnai, kai šios sistemos yra sujungtos.
2. Įkvepiantys biologiniai modeliai: Tyrimas atskleidžia, kaip gyvūnai, tokie kaip vilko vorai ir tarakonai, puikiai atlieka sudėtingas vietoves ir atlieka užduotis dėl savo integruotų ir universalių biologinių sistemų.
3. Ateities inžinerijos tendencijosIšvados skatina inžinierius permąstyti roboto dizainą ir reikalauja labiau integruoto požiūrio, panašaus į biologines sistemas, kai atskiruose komponentuose derinamos skirtingos funkcijos.

šaltinis: Kolorado universitetas

Galbūt klausimas yra XXI amžiaus pasakos apie vėžlį ir kiškį versija: kas laimėtų lenktynėse tarp roboto ir gyvūno?

Naujame perspektyviniame straipsnyje inžinierių komanda iš Jungtinių Valstijų ir Kanados, įskaitant robotiką Kaushiką Jayaramą iš Kolorado Boulderio universiteto, nusprendė atsakyti į šią paslaptį.

Grupė išanalizavo dešimčių tyrimų duomenis ir priėjo ryžtingą „ne“. Atrodo, kad beveik visais atvejais biologinės būtybės, tokios kaip gepardai, tarakonai ir net žmonės, gali pranokti savo robotus.

Mokslininkai, vadovaujami Samuelio Bordeno iš Vašingtono universiteto ir Maxwello Donnellano iš Simono Fraserio universiteto, praėjusią savaitę paskelbė savo išvadas žurnale. Mokslinė robotika.

„Kaip inžinieriui tai savotiškai erzina“, – sakė Kolorado Boulderio universiteto Paulo M. Rady Mechanikos inžinerijos katedros docentas Jayaram. „Per 200 plačios inžinerijos metų sugebėjome nusiųsti erdvėlaivius į Mėnulį, Marsą ir daug daugiau, tačiau glumina tai, kad dar neturime robotų, kurie daug geriau judėtų natūralioje aplinkoje nei biologinės sistemos.

Jis tikisi, kad šis tyrimas įkvėps inžinierius išmokti kurti protingesnius, labiau prisitaikančius robotus. Tyrėjai padarė išvadą, kad robotų nesugebėjimas pranokti gyvūnus nėra dėl kokių nors mechanizmų, tokių kaip akumuliatoriai ar varikliai, trūkumo. Vietoj to, inžinieriai gali stengtis, kad šios dalys efektyviai veiktų kartu.

Šis užsiėmimas yra viena pagrindinių Jayaram aistrų. Jo laboratorijoje CU Boulder miestelyje gyvena daug šiurpių roplių, įskaitant keletą pūkuotų vilkų vorų, maždaug pusės dolerio dydžio.

„Vilkų vorai yra natūralūs medžiotojai“, – sakė Jayaram. „Jie gyvena po uolomis ir gali nuostabiu greičiu bėgti sudėtingu reljefu, kad gautų grobį.

Jis įsivaizduoja pasaulį, kuriame inžinieriai kuria robotus, kurie veikia labiau kaip šie neįprasti vorai.

„Gyvūnai tam tikru mastu yra šio galutinio dizaino principo įsikūnijimas, sistema, kuri gerai veikia kartu“, – sakė jis.

Tarakonų energija

Klausimas „Kas gali bėgti geriau, gyvūnai ar robotai?” Tai sudėtinga, nes pati operacija yra sudėtinga.

Ankstesniame tyrime Jayaram ir jo kolegos iš Harvardo universiteto sukūrė robotų grupę, kuri siekia imituoti žiaurų tarakonų elgesį. Komandos HAMR-Jr modelis telpa į monetą ir važiuoja greičiu, prilygstančiu gepardo greičiui. Tačiau, pažymėjo Jayaram, nors HAMR-Jr gali judėti pirmyn ir atgal, jis nejuda gerai iš vienos pusės į kitą arba nelygioje vietovėje.

Priešingai, kuklus tarakonas neturi problemų bėgti per paviršius nuo porceliano iki purvo ir žvyro. Jie taip pat gali sugriauti sienas ir išspausti per mažus įtrūkimus.

Norėdami suprasti, kodėl ši įvairovė yra iššūkis robotikai, naujojo tyrimo autoriai suskirstė šias mašinas į penkis posistemius, įskaitant galią, rėmą, paleidimą, jutimą ir valdymą. Grupės nuostabai, kai kurios iš šių posistemių neatitiko savo gyvūnų atitikmenų.

Pavyzdžiui, aukštos kokybės ličio jonų baterijos gali tiekti iki 10 kilovatų energijos kiekvienam jų sveriančiam kilogramui (2,2 svaro). Priešingai, gyvūnų audiniai gamina maždaug dešimtadalį to. Tuo tarpu raumenys negali priartėti prie absoliutaus daugelio variklių sukimo momento.

„Tačiau sistemos lygiu robotai nėra geri”, – sakė Jayaram. „Mes susiduriame su būdingais dizaino kompromisais, jei bandysime pagerinti vieną dalyką, pavyzdžiui, greitį, galime prarasti ką nors kita, pavyzdžiui, gebėjimą pasukti.

Voro pojūčiai

Taigi, kaip inžinieriai gali sukurti robotus, kurie, kaip ir gyvūnai, yra daugiau nei tik jų dalių suma?

Jayaram pažymėjo, kad gyvūnai nėra skirstomi į atskirus posistemius taip, kaip robotai. Pavyzdžiui, jūsų keturgalviai raumenys varo jūsų kojas taip, kaip HAMR-Jr varikliai varo jūsų galūnes. Tačiau keturračiai taip pat gamina savo jėgą skaidydami riebalus ir cukrų bei integruodami nervų ląsteles, kurios jaučia skausmą ir spaudimą.

Jayaram mano, kad robotikos ateitis gali apsiriboti „funkciniais subvienetais“, kurie daro tą patį: vietoj to, kad maitinimo šaltiniai būtų atskirti nuo variklių ir grandinių plokščių, kodėl jų visų nesujungus į vieną dalį?

2015 m. paskelbtame dokumente kompiuterių mokslininkas Nicholas Curiel, kuris nedalyvavo šiame tyrime, pasiūlė tokias teorines „robotines medžiagas“, kurios veiktų labiau kaip keturračiai.

Inžinieriams dar toli iki šio tikslo. Kai kurie, pavyzdžiui, Jayaram, imasi žingsnių šia kryptimi, kaip ir jo laboratorijos šarnyrinis nariuotakojų vabzdžių robotas (CLARI), daugiakojis robotas, kuris juda šiek tiek kaip voras.

Jayaram paaiškino, kad CLARI yra pagrįsta moduline konstrukcija, o kiekviena jo koja veikia kaip savarankiškas robotas su savo varikliu, jutikliais ir valdymo grandinėmis. Nauja ir patobulinta komandos versija, vadinama mCLARI, gali judėti visomis kryptimis siaurose erdvėse – tai pirmoji keturkojų robotų versija.

Tai dar kažkas, ko tokie inžinieriai kaip Jayaram gali pasimokyti iš tų esminių medžiotojų, vilkų vorų.

„Gamta yra tikrai naudinga mokytoja“.

Apie robotikos ir neurotechnologijų tyrimų naujienas

autorius: Danielis Strainas
šaltinis: Kolorado universitetas
bendravimas: Danielis Strainas – Kolorado universitetas
paveikslėlis: Vaizdas įtrauktas į Neuroscience News

Originali paieška: Atvira prieiga.
“Kodėl gyvūnai gali pranokti robotus?„Parašė Kaushik Jayaram ir kt. Mokslinė robotika

Santrauka

Kodėl gyvūnai gali pranokti robotus?

Gyvūnai daug geriau bėga nei robotai. Veikimo skirtumai atsiranda dėl svarbių judrumo, diapazono ir ilgaamžiškumo matmenų.

Kad suprastume šio našumo atotrūkio priežastis, lyginame natūralias ir dirbtines technologijas penkiuose svarbiausiuose veikimo posistemiuose: galia, rėmas, paleidimas, jutimas ir valdymas.

Išskyrus kelias išimtis, inžinerinės technologijos atitinka arba viršija savo biologinių analogų našumą.

Darome išvadą, kad biologijos pranašumas prieš inžineriją atsiranda dėl geresnio posistemių integravimo, ir nustatome keturias pagrindines kliūtis, kurias turi įveikti robotai.

Siekdami šio tikslo, pabrėžiame perspektyvias tyrimų kryptis, kurios turi didžiulį potencialą padėti būsimiems robotams pasiekti gyvūnų lygio našumą.