Durch die Entfesselung asymmetrischer „hirnloser“ Roboter können sie autonom durch komplexe Labyrinthe navigieren

Forscher haben einen Soft-Roboter entwickelt, der ohne menschliche oder computergesteuerte Führung durch einfache Labyrinthe navigieren kann. Seine asymmetrische Form ermöglicht es ihm, selbständig Kurven zu fahren und ein Einklemmen zu verhindern. Nun haben sie auf dieser Arbeit aufgebaut, um einen „gehirnlosen“ Softroboter zu schaffen, der in komplexeren und dynamischeren Umgebungen navigieren kann.

„In unserer früheren Arbeit haben wir gezeigt, dass unser Soft-Roboter in der Lage ist, bei einem sehr einfachen Hindernis die Richtung umzukehren“, sagte Jie Yin, Mitautor der Arbeit und außerordentlicher Professor am Department of Mechanical and Aerospace Engineering der NC State. „Allerdings kann er sich nicht drehen, es sei denn, er stößt auf ein Hindernis. In der Praxis bedeutet dies, dass der Roboter manchmal stecken bleibt und zwischen parallelen Hindernissen hin und her stößt.“

„Später haben wir einen neuen Typ eines Softroboters entwickelt, der sich selbstständig drehen kann und so durch verwinkelte Labyrinthe und sogar um sich bewegende Hindernisse herum navigieren kann. Und all dies geschieht mithilfe physischer Intelligenz, anstatt von einem Computer gesteuert zu werden.“

Von physischer Intelligenz spricht man, wenn das Verhalten dynamischer Objekte, wie z. B. Soft-Roboter, durch deren Strukturdesign und Materialien bestimmt wird und nicht durch Computer oder menschliches Eingreifen gesteuert wird.

Forscher haben einen Soft-Roboter entwickelt, der ohne menschliche oder computergesteuerte Führung durch einfache Labyrinthe navigieren kann. Die Hälfte des Roboters hat die Form eines gedrehten Bandes, das in einer geraden Linie verläuft, und die andere Hälfte hat die Form eines enger gedrehten Bandes, das sich ebenfalls wie eine Wendeltreppe um sich selbst dreht. Durch dieses asymmetrische Design übt ein Ende des Roboters mehr Kraft auf den Boden aus als das andere. Quelle: North Carolina State University, Yin Jie

Materialien und Bewegungsmechanismen

Wie frühere Versionen besteht der neue Softroboter aus bandförmigem Flüssigkristall-Elastomer. Wenn der Roboter auf einer Oberfläche mit einer Temperatur von mindestens 55 Grad Celsius (131 Grad Fahrenheit) platziert wird, die wärmer als die Umgebungsluft ist, schrumpfen die Teile der weichen Riemen, die die Oberfläche berühren, während die Teile, die der Luft ausgesetzt sind, nicht schrumpfen. Dadurch entsteht eine Rollbewegung; Je wärmer die Oberfläche, desto schneller rollt der Roboter.

Während die vorherige Version des Softroboters jedoch ein symmetrisches Design hatte, besteht der neue Roboter aus zwei unterschiedlichen Hälften. Eine Hälfte hat die Form eines gedrehten Bandes, das sich in einer geraden Linie erstreckt; Die andere Hälfte hat die Form eines enger gedrehten Bandes, das sich ebenfalls wie eine Wendeltreppe um sich selbst windet.

Durch dieses asymmetrische Design übt ein Ende des Roboters mehr Kraft auf den Boden aus als das andere. Stellen Sie sich einen Plastikbecher vor, dessen Rand breiter ist als der Boden. Wenn Sie es über einen Tisch rollen, anstatt es in einer geraden Linie zu rollen, entsteht ein Bogen über den Tisch. Dies liegt an seiner asymmetrischen Form.

Überwinden Sie Designbeschränkungen

„Die Idee hinter unserem neuen Roboter ist ziemlich einfach: Aufgrund seines asymmetrischen Designs kann er sich drehen, ohne Objekte zu berühren“, sagte Yao Zhao, der Erstautor der Arbeit und Postdoktorand an der North Carolina State University. „Während es also immer noch die Richtung ändern kann, wenn es mit Objekten in Kontakt kommt, und so durch ein Labyrinth navigieren kann, bleibt es nicht zwischen parallelen Objekten stecken. Stattdessen ermöglicht ihm seine Fähigkeit, sich in einem Bogen zu bewegen, seinen Körper im Wesentlichen zu drehen und Freiheit zu gewinnen.“

Forscher haben die Fähigkeit eines asymmetrischen Soft-Roboter-Designs nachgewiesen, durch komplexere Labyrinthe, einschließlich solcher mit beweglichen Wänden, zu navigieren und sich durch Räume zu bewegen, die schmaler sind als seine Körperabmessungen. Die Forscher testeten das neue Roboterdesign auf Metalloberflächen und Sand. Für ein Video des asymmetrischen Roboters bei der Arbeit klicken Sie hier: