Jei susiduriate su pasirinkimu siųsti į kosmosą pilno dydžio, skirtingų robotų būrį arba didelę mažesnių robotų modulių komandą, galbūt norėsite įdarbinti pastarąjį. Moduliniai robotai, tokie kaip tie, kurie vaizduojami tokiuose filmuose kaip „Didysis herojus 6“, turi ypatingą pažadą dėl jų savarankiško surinkimo ir perkonfigūravimo galimybių. Tačiau nepaisant ambicingo troškimo greitai ir patikimai diegti kosmoso tyrinėjimus, paieškas ir gelbėjimą bei formos keitimą, iki šiol sukurti moduliniai robotai vis dar yra šiek tiek nepatogūs. Paprastai jie yra sukurti iš didelių, brangių variklių žvėryno, kad būtų lengviau judėti, todėl reikia daug dėmesio skirti labiau keičiamo mastelio architektūroms – tiek didinti, tiek mažinti.
Mokslininkai iš MIT kompiuterių mokslo ir dirbtinio intelekto laboratorijos (CSAIL) paragino elektromagnetizmą – elektromagnetiniai laukai, sukurti judant elektros srovei — kad būtų išvengta įprasto didelių ir brangių pavarų kimšimo į atskirus blokus. Vietoj to, jie į kubelių kraštus įterpdavo mažus, lengvai pagaminamus, nebrangius elektromagnetus, kurie atstumia ir traukia, leisdami robotams suktis ir judėti vienas aplinkui bei greitai keisti formą.
„ElectroVoxels“ šonų ilgis yra apie 60 milimetrų, o magnetai susideda iš ferito šerdies (jie atrodo kaip maži juodi vamzdeliai), apvynioti varine viela, kurių bendra kaina yra tik 60 centų. Kiekvieno kubo viduje yra mažytės spausdintinės plokštės ir elektronika, siunčianti srovę per tinkamą elektromagnetą tinkama kryptimi.
Skirtingai nuo tradicinių vyrių, kuriems reikia mechaninio tvirtinimo tarp dviejų elementų, ElectroVoxels yra visiškai belaidžiai, todėl juos daug lengviau prižiūrėti ir gaminti didelės apimties sistemai.
ElectroVoxels yra robotai kubeliai, kuriuos galima perkonfigūruoti naudojant elektromagnetus. Kubeliams judėti nereikia variklių ar raketinio kuro, jie gali veikti mikrogravitacijoje.
Norėdami geriau įsivaizduoti, kaip blokų krūva atrodytų sąveikaujant, mokslininkai naudojo programinės įrangos planavimo priemonę, kuri vizualizuoja perkonfigūraciją ir apskaičiuoja pagrindines elektromagnetines užduotis. Vartotojas gali manipuliuoti iki tūkstančio kubelių vos keliais spustelėjimais arba naudoti iš anksto nustatytus scenarijus, koduojančius kelis nuoseklius sukimus. Sistema tikrai leidžia vartotojui nulemti blokų likimą proto ribose – galite keisti greitį, paryškinti magnetus ir rodyti reikiamus judesius, kad išvengtumėte susidūrimų. Galite nurodyti, kad kaladėlės įgautų skirtingas formas (kaip kėdė į sofą, nes kam reikia abiejų?)
Pigūs maži blokeliai yra ypač naudingi mikrogravitacijos aplinkoje, kur bet kokia struktūra, kurią norite paleisti į orbitą, turi tilpti raketoje, kuri buvo naudojama jai paleisti. Po pirminių bandymų ant oro stalo „ElextroVoxels“ nustatė tikrą nesvarumą, kai buvo išbandytas mikrogravitacijos skrydžio metu, o tai paskatino geresnius kosmoso tyrinėjimo įrankius, tokius kaip perkonfigūracija be raketinio kuro arba erdvėlaivio inercijos savybių keitimas.
Pavyzdžiui, naudojant aktyvavimą be raketinio kuro, nereikia paleisti papildomo kuro perkonfigūravimui, o tai sprendžia daugelį su paleidimo mase ir tūriu susijusių iššūkių. Taigi tikimasi, kad šis perkonfigūravimo metodas galėtų padėti daugybei ateities kosmoso pastangų: išplėsti ir pakeisti kosmines struktūras per kelis paleidimus, laikinąsias struktūras, padedančias apžiūrėti erdvėlaivius ir padėti astronautui, ir (būsimas iteracijas) kubeliams, veikiantiems kaip savarankiškas paleidimas. rūšiavimo sandėliavimo konteineriai.
„ElectroVoxels parodo, kaip sukurti visiškai perkonfigūruojamą sistemą, ir mūsų mokslo bendruomenei susiduria su iššūkiais, kuriuos reikia įveikti, kad orbitoje būtų visiškai funkcionali modulinė robotų sistema“, – sako Dario Izzo, Europos kosmoso pažangių koncepcijų komandos vadovas. Agentūra. “Šis tyrimas parodo, kaip elektromagnetiniu būdu valdomus besisukančius kubus lengva statyti, naudoti ir prižiūrėti, todėl galima sukurti lanksčią, modulinę ir perkonfigūruojamą sistemą, kuri gali būti įkvėpimo šaltinis kuriant protingus būsimų tyrinėjimo misijų komponentus.”
Kad blokai judėtų, jie turi sekti seką, kaip mažos vienalytės Tetris gabalėliai. Šiuo atveju poliarizacijos seką sudaro trys žingsniai: paleidimas, kelionė ir gaudymas, kiekviena fazė turi keliaujantį kubą (judėjimui), pradinį (kur paleidžiamas keliaujantis kubas) ir tikslą (kuri sugauna keliaujantįjį). kubas). Programinės įrangos vartotojai gali nurodyti, kurį kubą kuria kryptimi pasukti, o algoritmas automatiškai apskaičiuos elektromagnetinių priskyrimų seką ir adresą, reikalingus tai atlikti (atstumti, pritraukti arba išjungti).
Būsimam darbui persikėlimas iš kosmoso į Žemę yra natūralus kitas ElectroVoxels žingsnis, dėl kurio reikėtų atlikti išsamesnį šių elektromagnetų modeliavimą ir optimizavimą, kad būtų galima atlikti perkonfigūraciją atsižvelgiant į gravitaciją.
„Statydami didelę sudėtingą konstrukciją nenorite būti suvaržyti ją surenkančių žmonių prieinamumo ir patirties, transporto priemonės dydžio ar nepalankių surinkimo vietos aplinkos sąlygų. Nors šios aksiomos galioja Žemėje, jos labai tinka statant daiktus erdvėje“, – sako MIT CSAIL doktorantas Martinas Nisseris, pagrindinis straipsnio apie ElectroVoxels autorius. „Jei galėtumėte turėti konstrukcijas, kurios susirenka iš paprastų, vienalyčių modulių, galėtumėte pašalinti daugelį šių problemų. Taigi, nors galima nauda kosmose yra ypač didelė, paradoksas yra tas, kad palanki mikrogravitacijos dinamika reiškia, kad kai kurias iš tų problemų iš tikrųjų taip pat lengviau išspręsti – erdvėje net mažos jėgos gali priversti didelius dalykus pajudėti. Taikydami šią technologiją, kad išspręstume realias artimiausias kosmoso problemas, tikėkimės, kad technologiją galėsime panaudoti ateityje ir žemėje.
Nisseris parašė darbą kartu su Leonu Chengu ir Yashaswini Makaram iš MIT CSAIL; Ryo Suzuki, Kalgario universiteto kompiuterių mokslų docentas; ir MIT profesorė Stefanie Mueller. Darbus jie pristatys 2022 metų tarptautinėje robotikos ir automatikos konferencijoje. Darbą iš dalies palaikė MIT kosmoso tyrinėjimo iniciatyva.