Samarbetsrobotar samarbetar Bygg rymdstationer och rädda liv

Strukturer som den internationella rymdstationen är för stora och tunga för att kunna byggas på jorden och sedan skjutas upp i jorden som ett stycke. Istället monterades ISS i rymden som ett gigantiskt Lego-set, med hjälp av stora moduler som levererades via flera raketuppskjutningar under en 12-årsperiod. Det är tufft nog när du har att göra med en struktur utformad för att flyta i jordens omloppsbana. Men vad sägs om när rymdutforskningen tar nästa steg och mänskligheten vill bygga komplexa konstruktioner längre bort, som på Mars?

Det är där a nytt MIT-projekt spelar in. Det visar mantrat "lagarbete får drömmen att fungera", och visar upp ett system av små samarbetsrobotar - med smeknamnet släkting robotar — som en dag skulle kunna arbeta tillsammans för att bygga högpresterande strukturer, allt från flygplan till hus till rymden avräkningar.

De V-formade robotarna, kallade Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorers (eller BILL-E), liknar miniatyrarmar. De rör sig som tummaskar och kan sätta ihop små tredimensionella moduldelar, kallade voxels, till större strukturer. På samma sätt som en bild av vilken komplexitet som helst kan reproduceras på skärmen med hjälp av enkel fyrkant pixlar, är idén hos BILL-E: s skapare att robotarna skulle kunna uppnå samma sak i tredimensionell värld. Varje voxel kan plockas upp och placeras på plats av robotarna och sedan kopplas ihop med hjälp av ett speciellt låssystem som är en del av varje byggnadsenhet.

"Våra robotar kan bygga strukturer som är större och mer exakta än de själva," sa Benjamin Jenett, en av de främsta forskarna i projektet, till Digital Trends. "Det finns ingen ökning av kostnaden för infrastruktur utöver att tillverka de enskilda voxelkomponenterna och enkla robotar. I denna mening kommer geometrisk komplexitet till liten eller ingen kostnad. Relativ robotmontering använder en enkel, repeterbar procedur för att producera högpresterande strukturer på begäran, där enstaka montering är slutmontering."

Lagarbete får robotens dröm att fungera

Det råder ingen tvekan om att MIT: s voxelbyggande BILL-E-robotar är spännande. Men den kanske mest spännande aspekten av dem är vad de föreslår om nästa gräns för robotar. I mer än ett halvt sekel, åtminstone sedan SRI International forskare byggde första mobila roboten för allmänt bruk, har ingenjörer med rätta varit entusiastiska över möjligheten att använda robotar.

Idag används robotar i en mängd applikationer. Människorna som bygger dem lovar att de kommer att kunna utföra de tråkiga, smutsiga, farliga och höga dollarjobben som människor är mindre lämpade för. Men även om en robot kan vara användbar, blir den alltmer lag av robotar som ger en inblick i var de kan vara som mest värdefulla. Bevis på var team av maskiner kan triumfera är uppenbara på alla olika skalor. Det finns små robotar som de relativa robotarna som utvecklats av MIT. Men samma principer för samarbete gäller även för större robotar.

Förra året, Boston Dynamics släppte en kort video där två av SpotMini-robotarna arbetade tillsammans för att uppnå ett gemensamt mål: att öppna en kontorsdörr. Det är en begränsad, förenklad illustration av samarbete, men det visar ändå hur många maskiner kan samarbeta för att utföra uppgifter som skulle ha varit mycket svårare, eller till och med omöjliga deras egen.

Det finns en mängd olika problem som sådana samarbetsrobotar lovar att lösa. I vissa fall är det att undvika eller ta bort hinder, till exempel i fallet med den dörröppnande SpotMinis. I andra kan det vara att utforska stora områden med hjälp av flera robotar som var och en spårar sina egna individuella vägar, men koordinerade så att de täcker ett brett område utan att trampa varandra på tårna. Detta kan vara användbart för saker som kartläggning. Det kan också tillåta robotar att förbättra sina förmågor, genom att lära sig genom försök och misstag och sedan förmedla denna information till de andra i sällskapet; gör det möjligt för alla inblandade att växa smartare i snabbare takt.

Robotteam finns överallt

Exempel på teambaserade samarbetsrobotar finns överallt. Vid Columbia University i New York har professor Hod Lipson och hans team utvecklat en svärm av skivformade robotar som kan koppla ihop för att bilda en mängd olika formfaktorer. Till exempel, om den behöver röra sig genom en lucka, kan robotarna ordna om sig själva till en form som låter dem resa genom den, innan de sätts ihop igen som en bredare struktur på andra sidan.

Samtidigt, som en del av NASA: s Innovative Advanced Concepts-program, är den berömda rymdorganisationen arbetar med ett projekt kretsar kring en grupp robotar som kallas "cobots". Dessa cobots kan arbeta som ett team för att utforska områden som grottor men också arbeta tillsammans för att möjliggöra nya typer av förflyttning. En dag hoppas NASA att de kan användas för att utforska andra planeter.

Dessa tillvägagångssätt är otroligt spännande. Men i båda exemplen är robotarna som används identiska med varandra. Så behöver inte vara fallet. Faktum är att i många scenarier kan det vara mer användbart om team av robotar bestod av robotar med vitt skilda färdigheter. Du vet, som effektiva team av människor.

Tänk t.ex. kooperativa robotteam som arbetar tillsammans i ett sök- och räddningsuppdrag efter en naturkatastrof. Detta är något som redan är det aktivt utforskas på grund av faran med att skicka in mänskliga räddare. Men samtidigt som att ha flera enheter av samma robot kan det utan tvekan vara användbart i viss räddning miljöer, att kunna sammanföra robotar med olika färdigheter kan vara ännu mer värdefulla.

Föreställ dig att du använder en robot av scouttyp med avancerad optik i kombination med en tyngre robot som är där för att flytta bråte ur vägen eller föra mat och vatten till offren. Denna förmåga att använda flera typer av robotar tillsammans är något som för närvarande utforskas i DARPA: s Subterranean Grand Challenge. Deltagare i tävlingen måste utveckla autonoma robotar för att utforska underjordiska miljöer. Istället för att vara begränsade till en typ av robot kan de dock bygga taggteam som består av flera typer av maskiner, allt från fyrbenta hundinspirerade bots till flygande drönare.

Allt handlar om kontroll

Som alla som någonsin har arbetat i ett team vet är ledarskap en stor fråga när det kommer till att diktera mål. När det kommer till robotar är detta inte mindre ett problem - och det finns flera möjliga svar.

"Vi använder en centraliserad, i motsats till distribuerad, styrarkitektur," sa Benjamin Jenett, en forskare på BILL-E-projektet. "Detta innebär att en enda enhet, i det här fallet en bärbar dator, beräknar [hela] byggsekvensen och robotvägplanering och skickar kommandon trådlöst till de mobila robotarna. Robotar utför sedan denna väg som består av en liten uppsättning föreskrivna rörelser - steg, vänd, plocka upp, placera - med en ändlig mängd avkänning för feedback."

Jenett noterar att denna typ av centraliserad styrarkitektur kan uppnå optimala resultat lättare eftersom allt är programmerat i förväg. I det här fallet är den "enda enhet" han hänvisar till som projektledaren på en byggarbetsplats: planering allt i förväg och se till att varje medlem i teamet vet vad de ska vara gör. Det är dock inte en perfekt lösning eftersom det gör det sårbart för en enda punkt av misslyckande. Som ett resultat sa Jenett att teamet tittar på distribuerade kontrollsystem för framtiden.

"Detta kräver mer autonomi från robotarna, [vilket betyder] avkänning och beslutsfattande," sa han. "Men vi känner att vår hårdvara lätt kan modifieras för att införliva dessa förändringar i de kommande faserna av detta arbete."

Denna utmaning kommer att fortsätta under de kommande åren. Att få flera robotar att prata med varandra är ett enormt komplext problem som kräver mycket förhandsplanering. Men framsteg inom svärmintelligens kommer också att tillåta robotar att fungera tillsammans i vissa applikationer med distribuerade former av intelligens. Som en flock fåglar, där varje fågel svarar på sina närmaste grannar men ingen fågel leder flocken, har detta en enorm potential. Speciellt när det gäller att improvisera strategier.

Bara början på historien

Just nu är vi fortfarande i början av just denna resa. Liksom samarbeten mellan människor och robotar på arbetsplatsen, förblir samarbetande team av robotar till stor del provinsen för forskningslabb. Men det kommer inte att förbli så.

Som framgår av allt från Starship Technologies leveransrobotar till ANYbotics' ALLMÄNNA robotar som inspekterar oljeriggen, robotar blir en del av vardagen. Och där företag just nu använder en eller två robotar för att utföra uppgifter, kommer det antalet att växa.

Så det är bättre att de börjar komma överens – för vår skull.

Redaktörens rekommendationer

• Möt den spelföränderliga pitching-roboten som perfekt kan efterlikna alla mänskliga kast
• Den roliga formeln: Varför maskingenererad humor är A.I.s heliga gral.
• Del Terminator, del Tremors: Denna robotmask kan simma genom sand
• Ljudet av vetenskap: Varför ljud är nästa gräns för Mars-utforskning
• Utvecklande, självreplikerande robotar är här - men oroa dig inte för ett uppror