Zwerm robots assembleert grote constructie (video)

Onderzoekers van het MIT hebben belangrijke stappen gezet in de richting van het creëren van robots die praktisch en economisch bijna alles kunnen assembleren, inclusief dingen die veel groter zijn dan zijzelf, van voertuigen tot gebouwen tot grotere robots.

Het systeem omvat grote, bruikbare structuren die zijn opgebouwd uit een reeks kleine identieke subeenheden die voxels worden genoemd (het volumetrische equivalent van een 2D-pixel) en die elk zowel stroom als gegevens van de ene eenheid naar de andere kunnen overbrengen.

Het werk van MIT’s Center for Bits and Atoms (CBA) bouwt voort op jaren van onderzoek, waaronder recente studies die aantonen dat objecten als een vervormbare vliegtuigvleugel en een functionele raceauto kunnen worden samengesteld uit kleine identieke lichtgewicht onderdelen – en dat robotische apparaten kunnen worden gebouwd om een ​​deel van dit montagewerk uit te voeren.

Nu heeft het team aangetoond dat zowel de assembage-bots als de componenten van de constructie die wordt gebouwd, allemaal uit dezelfde subeenheden kunnen worden gemaakt, en dat de robots onafhankelijk in grote aantallen kunnen bewegen om snel grootschalige assemblages uit te voeren.

Het werk is verschenen in Nature Communications Engineering.

Een volledig autonoom zelfreplicerend robotassemblagesysteem dat in staat is om grotere constructies te assembleren, inclusief grotere robots, en om de beste bouwvolgorde te plannen, is helaas nog jaren verwijderd, zegt CBA Directeur Neil Gershenfeld.

Maar het nieuwe werk zet belangrijke stappen in de richting van dat doel, onder meer door uit te zoeken wanneer er meer robots moeten worden gebouwd en hoe groot ze moeten worden, en hoe zwermen bots van verschillende groottes kunnen worden georganiseerd om efficiënt een structuur te bouwen zonder tegen elkaar aan te botsen.

Het gebruik van voxels die stroom en data kunnen vervoeren, kan het bouwen van constructies mogelijk maken die niet alleen lasten kunnen dragen, maar ook werk kunnen uitvoeren, zoals het optillen, verplaatsen en manipuleren van materialen – inclusief de voxels zelf. “Als we deze structuren bouwen, moet je intelligentie inbouwen”, zegt Gershenfeld. Terwijl eerdere versies van assemblage-bots door bundels draden waren verbonden met hun stroombron en besturingssystemen, zijn er in het nieuwe systeem geen kabels. Er is alleen de constructie.

De robots zelf bestaan ​​uit een reeks van verschillende voxels die end-to-end zijn verbonden. Deze kunnen een andere voxel grijpen met behulp van bevestigingspunten aan het ene uiteinde en vervolgens als een worm naar de gewenste positie bewegen, waar de voxel aan de groeiende structuur kan worden bevestigd en daar kan worden losgelaten.

Gershenfeld legt uit dat hoewel het eerdere systeem dat door leden van zijn groep werd gedemonstreerd, in principe willekeurig grote structuren kon bouwen, het proces steeds inefficiënter zou worden naarmate de grootte van die structuren een bepaald punt bereikte ten opzichte van de grootte van de assembler-robot. steeds langere paden die elke bot zou moeten afleggen om elk stuk naar zijn bestemming te brengen.

Op dat moment kunnen de bots met het nieuwe systeem besluiten dat het tijd is om een ​​grotere versie van zichzelf te bouwen die grotere afstanden kan afleggen en de reistijd kan verkorten. Een nog grotere structuur kan nog zo’n stap vereisen, waarbij de nieuwe grotere robots nog grotere maken, terwijl delen van een structuur die veel fijne details bevatten, meer van de kleinste robots kunnen vereisen.

Terwijl deze robotapparaten bezig zijn iets in elkaar te zetten, worden ze bij elke stap geconfronteerd met keuzes: “Ze kunnen een constructie bouwen, of een andere robot van dezelfde grootte, of een grotere robot.” Een deel van het werk waar de onderzoekers zich op hebben gericht, is het creëren van de algoritmen voor dergelijke besluitvorming.

Er zijn duizenden artikelen gepubliceerd over routeplanning voor robots, zegt Gershenfeld. “Maar de stap daarna, dat de robot de beslissing moet nemen om een ​​andere robot of een ander soort robot te bouwen, dat is nieuw. Daar is echt niets aan voorafgegaan.”

Hoewel het experimentele systeem de assemblage kan uitvoeren en de stroom- en datalinks omvat, zijn in de huidige versies de connectoren tussen de kleine subeenheden niet sterk genoeg om de noodzakelijke belastingen te dragen. Het team richt zich nu op het ontwikkelen van sterkere connectoren.

Uiteindelijk kunnen dergelijke systemen worden gebruikt om een ​​grote verscheidenheid aan grote, hoogwaardige constructies te bouwen. Als je bijvoorbeeld een nieuwe auto produceert, “kan je een jaar aan gereedschap besteden” voordat de eerste auto daadwerkelijk wordt gebouwd, zegt hij. Het nieuwe systeem zou dat hele proces omzeilen. Dergelijke potentiële efficiëntieverbeteringen zijn de reden waarom Gershenfeld en zijn studenten nauw hebben samengewerkt met autobedrijven, luchtvaartbedrijven en Nasa.