Kollaborative Roboter bauen gemeinsam Raumstationen und retten Leben

Strukturen wie die Internationale Raumstation sind zu groß und zu schwer, um auf der Erde gebaut und dann als Ganzes auf die Erde geschossen zu werden. Stattdessen wurde die ISS im Weltraum wie ein riesiger Lego-Bausatz aus großen Modulen zusammengebaut, die über einen Zeitraum von 12 Jahren durch mehrere Raketenstarts geliefert wurden. Das ist schon schwierig genug, wenn man es mit einer Struktur zu tun hat, die so konzipiert ist, dass sie in der Erdumlaufbahn schwebt. Doch wie wäre es, wenn die Weltraumforschung den nächsten Schritt geht und die Menschheit weiter entfernt, etwa auf dem Mars, komplexe Konstruktionen errichten möchte?

Da ist ein neues MIT-Projekt kommt ins Spiel. Es verkörpert das Mantra „Teamwork lässt den Traum wahr werden“ und zeigt ein System winziger kollaborativer Roboter – auch „relative“ genannt Roboter – die eines Tages zusammenarbeiten könnten, um Hochleistungsstrukturen zu bauen, von Flugzeugen über Häuser bis hin zum Weltraum Siedlungen.

Die V-förmigen Roboter, Bipedal Isotrope Lattice Locomoting Explorers (oder BILL-E) genannt, ähneln Miniaturarmen. Sie bewegen sich wie Raupen und können kleine dreidimensionale modulare Teile, sogenannte Voxel, zu größeren Strukturen zusammensetzen. Auf die gleiche Weise kann ein Bild beliebiger Komplexität mit einem einfachen Quadrat auf dem Bildschirm reproduziert werden Pixel, die Idee der Macher von BILL-E ist, dass die Roboter dasselbe erreichen könnten dreidimensionale Welt. Jedes Voxel kann von den Robotern aufgenommen und in Position gebracht und dann mithilfe eines speziellen Verriegelungssystems, das Teil jeder Baueinheit ist, verbunden werden.

„Unsere Roboter können Strukturen bauen, die größer und präziser sind als sie selbst“, sagte Benjamin Jenett, einer der Hauptforscher des Projekts, gegenüber Digital Trends. „Über die Herstellung der einzelnen Voxelkomponenten und einfacher Roboter hinaus gibt es keinen Kostenanstieg für die Infrastruktur. In diesem Sinne ist geometrische Komplexität mit geringen bis gar keinen Kosten verbunden. Bei der relativen Robotermontage wird ein einfaches, wiederholbares Verfahren verwendet, um Hochleistungsstrukturen nach Bedarf herzustellen, wobei die Einzelmontage die Endmontage darstellt.“

Teamwork lässt den Robotertraum wahr werden

Es besteht kein Zweifel, dass die voxelbildenden BILL-E-Roboter des MIT aufregend sind. Aber der vielleicht aufregendste Aspekt davon ist, was sie über die nächste Grenze für Roboter vorschlagen. Seit mehr als einem halben Jahrhundert, zumindest seit SRI International, bauen Forscher das erster mobiler Allzweckroboter, Ingenieure waren zu Recht von der Möglichkeit des Einsatzes von Robotern begeistert.

Heutzutage werden Roboter in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Die Menschen, die sie bauen, versprechen, dass sie die langweiligen, schmutzigen, gefährlichen und teuren Arbeiten ausführen können, für die Menschen weniger geeignet sind. Aber auch wenn ein Roboter nützlich sein kann, wird er immer nützlicher Mannschaften von Robotern, die einen Einblick in die Bereiche bieten, in denen sie möglicherweise am wertvollsten sind. Auf allen Ebenen gibt es Hinweise darauf, wo Maschinenteams triumphieren können. Es gibt kleine Roboter wie die entsprechenden Roboter, die vom MIT entwickelt wurden. Dieselben Prinzipien der Zusammenarbeit gelten jedoch auch für größere Roboter.

Letztes Jahr, Boston Dynamics ein kurzes Video veröffentlicht bei dem zwei SpotMini-Roboter zusammenarbeiteten, um ein gemeinsames Ziel zu erreichen: das Öffnen einer Bürotür. Das ist eine eingeschränkte, vereinfachte Darstellung der Zusammenarbeit, zeigt aber dennoch, wie vielfältig sie ist Maschinen können zusammenarbeiten, um Aufgaben auszuführen, die weitaus schwieriger oder sogar unmöglich gewesen wären ihre eigenen.

Es gibt eine Vielzahl von Problemen, die solche kollaborativen Roboter zu lösen versprechen. In manchen Fällen geht es darum, Hindernissen auszuweichen oder sie zu beseitigen, wie zum Beispiel im Fall der SpotMinis, die die Tür öffnen. In anderen Fällen geht es möglicherweise um die Erkundung großer Gebiete mit mehreren Robotern, die jeweils ihre eigenen individuellen Wege verfolgen, aber so koordiniert sind, dass sie ein großes Gebiet abdecken, ohne sich gegenseitig auf die Füße zu treten. Dies kann für Dinge wie Mapping nützlich sein. Es kann Robotern auch ermöglichen, ihre Fähigkeiten zu verbessern, indem sie durch Ausprobieren lernen und diese Informationen dann an die anderen in der Gruppe weitergeben. Dadurch können alle Beteiligten schneller und intelligenter wachsen.

Roboterteams sind überall

Beispiele für teambasierte kollaborative Roboter gibt es überall. An der Columbia University in New York haben Professor Hod Lipson und sein Team dies getan entwickelte einen Schwarm scheibenförmiger Roboter die miteinander verbunden werden können, um eine Vielzahl unterschiedlicher Formfaktoren zu bilden. Wenn es sich beispielsweise durch eine Lücke bewegen muss, können sich die Roboter in eine Form umordnen, die es ihnen ermöglicht, hindurchzufahren, bevor sie sich auf der anderen Seite als breitere Struktur wieder zusammensetzen.

Mittlerweile ist die renommierte Raumfahrtbehörde Teil des Innovative Advanced Concepts-Programms der NASA an einem Projekt arbeiten dreht sich um eine Gruppe von Robotern, die „Cobots“ genannt werden. Diese Cobots können als Team zusammenarbeiten, um Gebiete wie Höhlen zu erkunden, aber auch zusammenarbeiten, um neue Arten der Fortbewegung zu ermöglichen. Die NASA hofft, dass sie eines Tages zur Erforschung anderer Planeten eingesetzt werden könnten.

Diese Ansätze sind unglaublich spannend. In beiden Beispielen sind die eingesetzten Roboter jedoch identisch. Das muss nicht sein. Tatsächlich könnte es in vielen Szenarien hilfreicher sein, wenn Roboterteams aus Robotern mit sehr unterschiedlichen Fähigkeiten bestehen würden. Sie wissen schon, wie effiziente Teams von Menschen.

Denken Sie zum Beispiel an kooperative Roboterteams, die nach einer Naturkatastrophe bei einer Such- und Rettungsmission zusammenarbeiten. Das ist etwas, was es bereits gibt aktiv erforscht werden aufgrund der Gefahr, die mit der Entsendung menschlicher Retter verbunden ist. Aber auch wenn mehrere Einheiten desselben Roboters vorhanden sind, könnte dies bei bestimmten Rettungsaktionen zweifellos nützlich sein In Umgebungen könnte die Möglichkeit, Roboter mit unterschiedlichen Fähigkeiten zusammenzubringen, sogar noch mehr bewirken wertvoll.

Stellen Sie sich vor, Sie verwenden einen Scout-Roboter mit fortschrittlichen optischen Fähigkeiten in Kombination mit einem schwereren Roboter, der Trümmer aus dem Weg räumt oder den Opfern Nahrung und Wasser bringt. Diese Möglichkeit, mehrere Robotertypen gemeinsam einzusetzen, wird derzeit erforscht DARPAs Subterranean Grand Challenge. Die Teilnehmer des Wettbewerbs müssen autonome Roboter entwickeln, um unterirdische Umgebungen zu erkunden. Anstatt jedoch auf einen Robotertyp beschränkt zu sein, können sie Tag-Teams bilden, die aus mehreren Maschinentypen bestehen, von vierbeinigen, von Hunden inspirierten Bots bis hin zu fliegenden Drohnen.

Es geht um Kontrolle

Jeder, der schon einmal in einem Team gearbeitet hat, weiß natürlich, dass Führung eine große Frage ist, wenn es darum geht, Ziele zu diktieren. Wenn es um Roboter geht, ist dies nicht weniger besorgniserregend – und es gibt mehrere mögliche Antworten.

„Wir verwenden eine zentralisierte statt einer verteilten Steuerungsarchitektur“, sagte Benjamin Jenett, Forscher am BILL-E-Projekt. „Das bedeutet, dass eine einzelne Einheit, in diesem Fall ein Laptop, [die gesamte] Bausequenz und Roboterpfadplanung berechnet und Befehle drahtlos an die mobilen Roboter sendet. Roboter führen dann diesen Weg aus, der aus einer kleinen Reihe vorgeschriebener Bewegungen besteht – Schritt, Drehung, Aufheben, Platzieren – mit einer begrenzten Menge an Sensorik für Rückmeldungen.“

Jenett weist darauf hin, dass mit dieser zentralisierten Steuerungsarchitektur leichter optimale Ergebnisse erzielt werden können, da alles im Voraus programmiert wird. In diesem Fall ist die „einzelne Einheit“, auf die er sich bezieht, wie der Projektleiter auf einer Baustelle: die Planung Machen Sie alles im Voraus und stellen Sie sicher, dass jedes Mitglied des Teams weiß, was es sein soll tun. Dies ist jedoch keine perfekte Lösung, da sie anfällig für einen Single Point of Failure ist. Daher sagte Jenett, dass das Team sich mit verteilten Steuerungssystemen für die Zukunft befasst.

„Dies erfordert mehr Autonomie von den Robotern, was bedeutet, dass sie wahrnehmen und Entscheidungen treffen können“, sagte er. „Aber wir glauben, dass unsere Hardware leicht modifiziert werden kann, um diese Änderungen in den kommenden Phasen dieser Arbeit zu berücksichtigen.“

Diese Herausforderung wird auch in den kommenden Jahren bestehen bleiben. Mehrere Roboter dazu zu bringen, miteinander zu kommunizieren, ist ein äußerst komplexes Problem, das viel Vorausplanung erfordert. Fortschritte in der Schwarmintelligenz werden es Robotern jedoch auch ermöglichen, in bestimmten Anwendungen mit verteilten Formen der Intelligenz zusammenzuarbeiten. Wie ein Vogelschwarm, bei dem jeder Vogel auf seinen nächsten Nachbarn reagiert, aber kein Vogel den Schwarm anführt, hat dies ein enormes Potenzial. Vor allem, wenn es um Improvisationsstrategien geht.

Nur der Anfang der Geschichte

Im Moment stehen wir noch am Anfang dieser besonderen Reise. Wie die Zusammenarbeit zwischen Menschen und Robotern am Arbeitsplatz bleiben kollaborative Roboterteams weitgehend den Forschungslaboren vorbehalten. Aber dabei wird es nicht bleiben.

Wie alles von zeigt Lieferroboter von Starship Technologies zu ANYbotics‘ Irgendwelche Roboter, die Bohrinseln inspizieren, Roboter werden Teil des Alltags. Und wo Unternehmen derzeit einen oder zwei Roboter zur Erledigung von Aufgaben einsetzen, wird diese Zahl zwangsläufig noch zunehmen.

Also sollten sie besser miteinander auskommen – unser aller Wohl.

Empfehlungen der Redaktion

• Lernen Sie den bahnbrechenden Pitching-Roboter kennen, der jeden menschlichen Wurf perfekt nachahmen kann
• Die lustige Formel: Warum maschinengenerierter Humor der heilige Gral der KI ist
• Teils Terminator, teils Zittern: Dieser Roboterwurm kann durch Sand schwimmen
• Der Klang der Wissenschaft: Warum Audio die nächste Grenze bei der Erforschung des Mars ist
• Es gibt sich weiterentwickelnde, sich selbst reproduzierende Roboter – aber machen Sie sich keine Sorgen über einen Aufstand