Collaborative Robots Team Up Byg rumstationer og redd liv

Strukturer som Den Internationale Rumstation er for store og tunge til at blive bygget på Jorden og derefter opsendt til Jorden som ét stykke. I stedet blev ISS samlet i rummet som et gigantisk Lego-sæt, ved hjælp af store moduler, der blev leveret via flere raketopsendelser over en 12-årig periode. Det er hårdt nok, når du har at gøre med en struktur designet til at flyde i kredsløb om Jorden. Men hvad med, når udforskningen af ​​rummet tager det næste skridt, og menneskeheden ønsker at bygge komplekse konstruktioner længere væk, såsom på Mars?

Det er her a nyt MIT-projekt kommer i spil. Indbegrebet af mantraet "teamwork får drømmen til at fungere", viser det et system af små kollaborative robotter - med tilnavnet slægtning robotter - som en dag kunne arbejde sammen om at bygge højtydende strukturer, lige fra fly til huse til rummet bosættelser.

De V-formede robotter, kaldet Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorers (eller BILL-E), ligner miniature arme. De bevæger sig som tommeorme og kan sammensætte små tredimensionelle modulære stykker, kaldet voxels, til større strukturer. På samme måde som et billede af enhver kompleksitet kan gengives på skærmen ved hjælp af simple firkantede pixels, er idéen hos BILL-E's skabere, at robotterne kunne opnå det samme i tredimensionel verden. Hver voxel kan samles op og placeres på plads af robotterne og derefter forbindes ved hjælp af et specielt låsesystem, der er en del af hver bygningsenhed.

"Vores robotter kan bygge strukturer, der er større og mere præcise end dem selv," fortalte Benjamin Jenett, en af ​​hovedforskerne på projektet, til Digital Trends. "Der er ingen stigning i omkostningerne til infrastruktur ud over at lave de individuelle voxel-komponenter og simple robotter. I denne forstand kommer geometrisk kompleksitet til ringe eller ingen omkostninger. Relativ robotmontering bruger en enkel, gentagelig procedure til at producere højtydende strukturer on-demand, hvor enkeltmontage er slutmontering."

Teamwork får robotdrømmen til at fungere

Der er ingen tvivl om, at MITs voxel-byggende BILL-E-robotter er spændende. Men måske det mest spændende aspekt af dem er, hvad de foreslår om den næste grænse for robotter. I mere end et halvt århundrede, i det mindste siden SRI International-forskere byggede første almene mobile robot, har ingeniører med rette været begejstrede for muligheden for at bruge robotter.

I dag bliver robotter brugt i en bred vifte af applikationer. De mennesker, der bygger dem, lover, at de vil være i stand til at udføre de kedelige, beskidte, farlige og høje dollarjobs, som mennesker er mindre egnede til. Men selvom en robot kan være nyttig, er det i stigende grad hold af robotter, der giver et indblik i, hvor de måske er mest værdifulde. Bevis på, hvor hold af maskiner kan sejre, er tydelige på alle forskellige skalaer. Der er små robotter som de relative robotter udviklet af MIT. Men de samme principper for samarbejde gælder også for større robotter.

Sidste år, Boston Dynamics udgivet en kort video hvor to af SpotMini-robotter arbejdede sammen for at nå et fælles mål: at åbne en kontordør. Det er en begrænset, forenklet illustration af samarbejde, men det viser ikke desto mindre, hvor mange maskiner kan arbejde sammen om at udføre opgaver, der ville have været langt vanskeligere eller endda umulige deres egen.

Der er en lang række problemer, som sådanne kollaborative robotter lover at løse. I nogle tilfælde er det at undgå eller fjerne forhindringer, såsom i tilfældet med den døråbnende SpotMinis. I andre kan det være at udforske store områder ved hjælp af flere robotter, der hver sporer deres egne individuelle stier, men koordineret, så de dækker et bredt område uden at træde hinanden over tæerne. Dette kan være nyttigt til ting som kortlægning. Det kan også give robotter mulighed for at forbedre deres evner, ved at lære gennem forsøg og fejl og derefter formidle denne information til de andre i partiet; giver alle involverede mulighed for at blive klogere i en hurtigere hastighed.

Robothold er overalt

Eksempler på team-baserede kollaborative robotter er overalt. På Columbia University i New York har professor Hod Lipson og hans team udviklet en sværm af skiveformede robotter der kan forbindes for at danne en række forskellige formfaktorer. For eksempel, hvis den skal bevæge sig gennem et hul, kan robotterne omarrangere sig selv til en form, der lader dem rejse gennem den, før de samles igen som en bredere struktur på den anden side.

I mellemtiden, som en del af NASAs Innovative Advanced Concepts-program, er det berømte rumagentur arbejder på et projekt kredser om en gruppe robotter kaldet "cobots". Disse cobots kan arbejde som et team for at udforske områder som grotter, men også arbejde sammen for at muliggøre nye former for bevægelse. En dag håber NASA, at de kan bruges til at udforske andre planeter.

Disse tilgange er utroligt spændende. I begge eksempler er robotterne, der anvendes, dog identiske med hinanden. Det behøver ikke at være tilfældet. Faktisk kan det i mange scenarier være mere nyttigt, hvis teams af robotter bestod af robotter med vidt forskellige færdigheder. Du ved, som effektive hold af mennesker.

Overvej for eksempel samarbejdsvillige robothold, der arbejder sammen i en eftersøgnings- og redningsmission efter en naturkatastrofe. Det er noget, der allerede er bliver aktivt udforsket på grund af den fare, der er forbundet med at sende menneskelige redningsfolk ind. Men mens det at have flere enheder af den samme robot, kan det uden tvivl være nyttigt i visse redningsaktioner miljøer, kunne det vise sig endnu mere at være i stand til at samle robotter med forskellige færdighedssæt værdifuld.

Forestil dig at bruge en spejder-type robot med avancerede optiske egenskaber i kombination med en tungere robot, der er til for at flytte murbrokker af vejen eller bringe mad og vand til ofrene. Denne evne til at bruge flere typer robotter sammen er noget, der i øjeblikket udforskes i DARPA's Subterranean Grand Challenge. Deltagere i konkurrencen skal udvikle autonome robotter til at udforske underjordiske miljøer. I stedet for at være begrænset til én type robot, kan de dog bygge tag-teams bestående af flere typer maskiner, lige fra firbenede hunde-inspirerede bots til flyvende droner.

Det hele handler om kontrol

Som enhver, der nogensinde har arbejdet i et team, ved, er ledelse selvfølgelig et stort spørgsmål, når det kommer til at diktere mål. Når det kommer til robotter, er dette ikke mindre en bekymring - og der er flere mulige svar.

"Vi anvender en centraliseret, i modsætning til distribueret, kontrolarkitektur," sagde Benjamin Jenett, en forsker på BILL-E-projektet. "Det betyder, at en enkelt enhed, i dette tilfælde en bærbar computer, beregner [hele] byggesekvensen og robotstiplanlægning og sender kommandoer trådløst til de mobile robotter. Robotter udfører derefter denne sti, som består af et lille sæt af foreskrevne bevægelser - skridt, drej, tag op, anbring - med en begrænset mængde sansning for feedback."

Jenett bemærker, at denne form for centraliseret kontrolarkitektur lettere kan opnå optimale resultater, da alt er programmeret i forvejen. I dette tilfælde er den "entitet", han refererer til, ligesom projektlederen på en byggeplads: planlægning alt på forhånd og sørge for, at hvert medlem af teamet ved, hvad de skal være gør. Det er dog ikke en perfekt løsning, da det gør det sårbart over for et enkelt fejlpunkt. Som et resultat sagde Jenett, at holdet kigger på distribuerede kontrolsystemer for fremtiden.

"Dette kræver mere autonomi fra robotterne, [det betyder] sansning og beslutningstagning," sagde han. "Men vi føler, at vores hardware nemt kan modificeres til at inkorporere disse ændringer i de kommende faser af dette arbejde."

Denne udfordring vil fortsætte i de kommende år. At få flere robotter til at tale med hinanden er et enormt komplekst problem, der kræver masser af forudgående planlægning. Fremskridt inden for sværm-intelligens vil dog også give robotter mulighed for at fungere sammen i visse applikationer med distribuerede former for intelligens. Ligesom en flok fugle, hvor hver fugl reagerer på sine nærmeste naboer, men ingen fugl fører flokken, har dette et enormt potentiale. Især når det kommer til at improvisere strategier.

Bare starten på historien

Lige nu er vi stadig ved starten af ​​denne særlige rejse. Ligesom samarbejder mellem mennesker og robotter på arbejdspladsen, forbliver samarbejdende teams af robotter stort set provinsen for forskningslaboratorier. Men sådan bliver det ikke.

Som demonstreret af alt fra Starship Technologies' leveringsrobotter til ANYbotics' ANYmal olierigge-inspektionsrobotter, robotter er ved at blive en del af hverdagen. Og hvor virksomheder lige nu ansætter en eller to robotter til at udføre opgaver, vil det antal sikkert vokse.

Så de må hellere begynde at tage sig sammen - for alle vores skyld.

Redaktørernes anbefalinger

• Mød den skiftende pitching-robot, der perfekt kan efterligne ethvert menneskeligt kast
• Den sjove formel: Hvorfor maskingenereret humor er den hellige gral for A.I.
• Dels Terminator, dels Tremors: Denne robotorm kan svømme gennem sand
• Lyden af ​​videnskab: Hvorfor lyd er den næste grænse i Mars-udforskningen
• Udviklende, selvreplikerende robotter er her - men du skal ikke bekymre dig om et oprør