Voor milieumonitoring, precisie landbouw, onderhoud van de infrastructuur en bepaalde beveiligingstoepassingen, langzaam en energiezuinig kan beter zijn dan snel en moet altijd worden opgeladen. Dat is waar "SlothBot" binnenkomt.

Aangedreven door een paar fotovoltaïsche panelen en ontworpen om maandenlang onafgebroken in het bladerdak te blijven hangen, SlothBot beweegt alleen wanneer het moet om veranderingen in de omgeving te meten, zoals het weer en chemische factoren in de omgeving, die alleen kunnen worden waargenomen bij langdurige aanwezigheid. De proof-of-concept hyperefficiënte robot, beschreven op 21 mei op de International Conference on Robotics and Automation (ICRA) in Montreal, hangt misschien binnenkort tussen boomtopkabels in de botanische tuin van Atlanta.

"Bij robotica het lijkt erop dat we altijd aandringen op sneller, meer wendbare en extremere robots, " zei Magnus Egerstedt, de Steve W. Chaddick School Chair van de School of Electrical and Computer Engineering aan het Georgia Institute of Technology en hoofdonderzoeker voor Slothbot. "Maar er zijn veel toepassingen waarbij het niet nodig is om snel te zijn. Je moet er gewoon langdurig zijn, observeren wat er aan de hand is."

Gebaseerd op wat Egerstedt de 'theorie van traagheid' noemde, " Graduate Research Assistant Gennaro Notomista ontwierp SlothBot samen met zijn collega, Yousef Emam, met behulp van 3D-geprinte onderdelen voor de versnellings- en draadschakelmechanismen die nodig zijn om door een netwerk van draden in de bomen te kruipen. De grootste uitdaging voor een draadkruipende robot is het overschakelen van de ene kabel naar de andere zonder te vallen, zei Notomista.

"De uitdaging is om soepel één draad vast te houden terwijl je een andere vastgrijpt, " zei hij. "Het is een lastige manoeuvre en je moet het goed doen om een ​​faalveilige overgang te bieden. Ervoor zorgen dat de schakelaars goed werken over een langere periode, is echt de grootste uitdaging."

Mechanisch, SlothBot bestaat uit twee lichamen die zijn verbonden door een geactiveerd scharnier. Elk lichaam herbergt een aandrijfmotor die is verbonden met een velg waarop een band is gemonteerd. Het gebruik van wielen voor voortbeweging is eenvoudig, energiezuinig en veiliger dan andere soorten draadgebaseerde voortbeweging, zeggen de onderzoekers.

SlothBot heeft tot nu toe geopereerd in een netwerk van kabels op de Georgia Tech-campus. Volgende, een nieuwe 3D-geprinte schaal - waardoor de robot meer op een luiaard lijkt - zal de motoren beschermen, versnellingen, actuatoren, camera's, computer en andere componenten tegen regen en wind. Dat zal de basis vormen voor studies op langere termijn in het bladerdak van de Atlanta Botanical Garden, waar Egerstedt hoopt dat bezoekers dit najaar al een SlothBot-monitoringconditie zullen zien.

De naam SlothBot is geen toeval. Echte luiaards zijn kleine zoogdieren die in de jungle van Zuid- en Midden-Amerika leven. In hun levensonderhoud voorzien door boombladeren te eten, de dieren kunnen overleven op het dagelijkse calorie-equivalent van een kleine aardappel. Met hun langzame stofwisseling, luiaards rusten maar liefst 22 uur per dag en dalen zelden af ​​van de bomen waar ze hun hele leven kunnen doorbrengen.

"Het leven van een luiaard gaat vrij traag en er is niet veel opwinding op een dag-tot-dag niveau, " zei Jonathan Pauli, een universitair hoofddocent bij de afdeling Bos- en natuurecologie aan de Universiteit van Wisconsin-Madison, die het Georgia Tech-team over het project heeft geraadpleegd. "Het leuke van een zeer langzame levensgeschiedenis is dat je niet echt veel energie-input nodig hebt. Je kunt een lange duur en volharding hebben in een beperkt gebied met heel weinig energie-input gedurende een lange periode."

Dat is precies wat de onderzoekers van SlothBot verwachten, waarvan de ontwikkeling is gefinancierd door het Amerikaanse Office of Naval Research.

"Er is veel dat we niet weten over wat er werkelijk gebeurt onder dichte, met bomen bedekte gebieden, "Zei Egerstedt. "Meestal zal SlothBot daar gewoon rondhangen, en af ​​en toe zal hij naar een zonnige plek verhuizen om de batterij op te laden."

De onderzoekers hopen SlothBot ook te testen in een cacaoplantage in Costa Rica waar al echte luiaards leven. "De kabels die worden gebruikt om cacao te verplaatsen, zijn een luiaardsnelweg geworden omdat de dieren ze nuttig vinden om zich te verplaatsen, "Zei Egerstedt. "Als alles goed gaat, we zullen SlothBots langs de kabels inzetten om de luiaards in de gaten te houden."

Egerstedt staat bekend om algoritmen die zwermen kleine wiel- of vliegende robots aandrijven. Maar tijdens een bezoek aan Costa Rica, hij raakte geïnteresseerd in luiaards en begon met het ontwikkelen van wat hij "een theorie van traagheid" noemt, samen met professor Ron Arkin in Georgia Tech's School of Interactive Computing. De theorie maakt gebruik van de voordelen van energie-efficiëntie.

"Als je dingen doet als milieumonitoring, je wilt maanden in het bos zijn, "Zei Egerstedt. "Dat verandert de manier waarop je denkt over controlesystemen op een hoog niveau."

Vliegende robots worden al gebruikt voor omgevingsmonitoring, maar door hun hoge energiebehoefte kunnen ze niet lang blijven hangen. Robots op wielen kunnen rondkomen met minder energie, maar ze kunnen vast komen te zitten in de modder of gehinderd worden door boomwortels, en kan geen groot beeld krijgen vanaf de grond.

"Wat meer energie kost dan wat dan ook, is beweging, "Zei Egerstedt. "Verhuizen is veel duurder dan voelen of denken. Voor omgevingsrobots, je moet alleen bewegen als het echt moet. We moesten nadenken over hoe dat zou zijn."

voor Pauli, die een verscheidenheid aan dieren in het wild bestudeert, werken met Egerstedt om SlothBot tot leven te laten komen, was bevredigend.

"Het is geweldig om een ​​robot te zien die is geïnspireerd door de biologie van luiaards, " zei hij. "Het was leuk om te vertellen hoe luiaards en andere organismen die lange tijd in deze ecosystemen leven, hun leven leiden. Het zal interessant zijn om robots te zien die een afspiegeling zijn van wat we zien in natuurlijke ecologische gemeenschappen."