EO

Zelflerende robotjes lopen als een trein (video)

11 mei 2021 om 13:17 uur

Een collectief van autonome, zelflerende robotjes schikt zich bijzonder makkelijk naar veranderende omstandigheden. Dat laten onderzoekers van Amolf’s Soft Robotic Matter groep zien. Ze bouwden een treintje van simpele robotjes waarin elk robotje individueel zichzelf leerde zo snel mogelijk voort te bewegen.


De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in PNAS.

 

Robots die kunnen dansen, traplopen en zwermen vormen, zijn in aanzienlijke mate geprogrammeerd. Verschillende situaties of patronen zijn van te voren in hun brein geplant en ze worden centraal aangestuurd, of een complex computernetwerk leert gedrag aan via machine learning. Bas Overvelde van Amolf wilde terug naar de eenvoud: een zo simpel mogelijk zelflerend robotje. "Uiteindelijk willen we met simpele bouwstenen, die misschien zelfs alleen maar uit een materiaal zoals een polymeer bestaan, zelflerende systemen bouwen. We noemen dit ook wel robotische materialen."

 

Het lukte de onderzoekers om zeer simpele aan elkaar gekoppelde robotkarretjes zelf te laten uitzoeken hoe ze als treintje zo snel mogelijk een bepaalde kant op kunnen bewegen. Zonder dat ze geprogrammeerd zijn met een route en zonder dat ze weten wat de andere robotkarretjes doen. "Dit is een nieuwe manier van denken in het ontwerp van zelflerende robots. Anders dan de meeste traditionele, geprogrammeerde robots heeft zo'n simpele zelflerende robot geen complexe modellen nodig om zich aan een sterk veranderende omgeving aan te passen," aldus Overvelde. "In de toekomst kan dit in soft robotics een toepassing hebben, zoals robothanden die leren hoe verschillende objecten kunnen worden opgepakt, of robots die hun gedrag automatisch aanpassen na schade."

 

Ademende robots

Het zelflerende systeem bestaat uit gekoppelde bouwstenen, de individuele robotjes. Die zijn opgebouwd uit een microcontroller, een bewegingssensor, een pompje dat lucht in een balg pompt en een naald om de lucht er weer uit te laten. Zo kan het robotje als het ware ademen of blazen. Koppel je een tweede robotje via de balg aan de eerste dan duwen ze elkaar weg. Zo kan het treintje bewegen. "We wilden de robotjes zelf zo simpel mogelijk houden, daarom hebben we gekozen voor een balgje en lucht. Veel zachte robots werken daar namelijk ook mee," zegt promovendus Luuk van Laake.

 

Het enige dat de onderzoekers vooraf doen is elk robotje met een kort algoritme iets vertellen, namelijk: 'zet om de paar seconden de pomp aan en uit, de zogeheten cyclus, en probeer dan zo snel mogelijk een bepaalde kant op te bewegen'. De chip op het robotje meet continu de snelheid. Om de paar cycli maakt de robot kleine aanpassingen aan het moment dat de pomp aan gaat, en bepaalt of deze aanpassingen de robottrein sneller naar voren doen bewegen. Elke robot in de trein voert dus continu kleine experimenten uit.

 

Laat je op deze manier twee of meer robotjes aan elkaar duwen en trekken dan gaat het treintje vroeg of laat één kant op bewegen. Daardoor ‘leren' de robotjes dat dat de betere instelling voor de pomp is, zonder dat ze met elkaar communiceren en zonder dat precies geprogrammeerd is hoe ze kunnen voortbewegen. Het systeem optimaliseert zichzelf langzaam maar zeker.

 

Nieuwe situaties het hoofd bieden

De onderzoekers gebruikten twee variaties van het algoritme om te zien welke beter werkt: eentje die de beste snelheidsmeting van het robotje opslaat en op basis daarvan besluit wat de beste instelling voor de pomp is. Het tweede algoritme gebruikt alleen de laatste snelheidsmeting om te beslissen wanneer het beste moment is dat de pomp aan gaat in elke cyclus. Dat laatste algoritme werkte veel beter. Het kan nieuwe situaties het hoofd bieden zonder dat dat van te voren is geprogrammeerd, doordat het geen tijd verspilt aan gedrag dat in het verleden weliswaar goed werkte, maar in de nieuwe situatie niet meer. Het kon bijvoorbeeld een blokkade op de baan veel beter overwinnen, waar robotjes geprogrammeerd met het andere algoritme stil kwamen te staan. "Als je het juiste algoritme hebt gevonden is dit simpele systeem heel robuust," zegt Overvelde. "Het kan zich in allerlei onverwachte situaties zelf redden."

 

Pootje uittrekken

Hoe simpel ook, de robotjes zijn een beetje tot leven gekomen voor de onderzoekers. Voor een van de experimenten wilden ze een van de robotjes beschadigen om te kijken hoe het hele systeem zich zou herstellen. "We hebben de naald eruit getrokken die als luchtuitlaat dient. Dat voelde toch een beetje raar. Net of je een pootje uittrekt." De robotjes pasten hun gedrag ook bij deze verminking aan, zodat het treintje weer de juiste richting in ging bewegen. Nog een bewijs voor de robuustheid van het systeem.

 

Het systeem is makkelijk op te schalen; het lukte al om een treintje van zeven robotjes te laten rijden. De volgende stap is tweedimensionale netwerken. "Je kunt denken aan een octopusachtige constructie," zegt Overvelde. "Het is interessant om te zien of de individuele bouwstenen zich gaan gedragen als de armen van een octopus. Die beschikken ook over een decentraal zenuwstelsel, een soort onafhankelijk brein, net als onze robotjes."

 

Gerelateerd nieuws

De wondere wereld van bolvlammen, donuts en hoefijzers

De wondere wereld van bolvlammen, donuts en hoefijzers

Bolvlammen zijn zwakke en fragiele bolvormige vlammen die tot voor kort alleen konden bestaan onder gewichtloze omstandigheden. Onderzoekers van de TU/e zijn erin geslaagd om bolvlammen waar te nemen onder normale aardse…

ABN Amro: 'Aantal cyberaanvallen stijgt explosief; risicobewustzijn bedrijven daalt '

ABN Amro: 'Aantal cyberaanvallen stijgt explosief; risicobewustzijn bedrijven daalt '

Hoewel tijdens de coronacrisis sprake was van een explosieve toename van het aantal cyberaanvallen, schatten bedrijven het risico op cybercriminaliteit veel lager in dan vóór de crisis. Dat melden ABN Amro en MWM2, die…

Nieuwe materialen: wanneer geluidsgolven achteruit lopen

Nieuwe materialen: wanneer geluidsgolven achteruit lopen

Akoestische golven in gassen, vloeistoffen en vaste stoffen hebben meestal een bijna constante geluidssnelheid. Uitzondering vormen zogenaamde rotons: de geluidssnelheid verandert sterk met de golflengte en ook…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

7 juni 2021, online

Vision, Robotics & Motion business event

Het online alternatief voor de vakbeurs Vision, Robotics & Motion.

29 juni 2021, online

Behoud onderhoudskennis – en ervaring in de energiesector met behulp van Mixed Reality

Hoe kunnen energiebedrijven voorkomen dat waardevolle kennis de deur uitloopt door vergrijzing en andere...

29 juni 2021

Webinar: Hoe machinegegevens te verzamelen en te gebruiken via on-site oplossingen

Gericht op het bruikbaar maken van machine- en procesdata via lokale systemen

Meer agendapunten »