Onderzoekers van het ATLAS Institute van de University of Colorado Boulder hebben onlangs een zwerm kleine vormveranderende robots ontwikkeld, genaamd ShapeBots. Deze zelf-transformeerbare robots, gepresenteerd in een paper dat vooraf is gepubliceerd op arXiv, zowel hun individuele als collectieve configuratie kunnen veranderen, om informatie in verschillende instellingen weer te geven en te visualiseren.

De robots zijn ontwikkeld door Ph.D. studenten Ryo Suzuki en Clement Zheng, met de hulp en supervisie van verschillende andere onderzoekers van de University of Colorado Boulder. Hun werk is geïnspireerd op een aantal eerdere onderzoeksinspanningen van Suzuki, zoals het Reactive-project, waarin hij minuscuul robotgedrag programmeerde door middel van directe handmanipulatie.

Suzuki was altijd al gefascineerd door dynamische interacties tussen mens en computer en hij heeft vaak geprobeerd robots te ontwikkelen die op unieke en innovatieve manieren met gebruikers kunnen communiceren. Tot dusver, het belangrijkste doel achter de meeste van zijn studies was om nieuwe computationele media te bedenken die het denken van mensen kunnen verbeteren en transformeren, ontwerp, programma, en interactie met hun omgeving.

"Menselijke omgevingen kunnen verschillende schalen hebben, " Ellen Do en Mark D. Gross, twee andere onderzoekers die het onderzoek uitvoerden, vertelde TechXplore via e-mail. "Bijvoorbeeld, een desktopomgeving kan objecten op de tafel bevatten, of uitsteeksels op het tafelblad. Een kantooromgeving kan meubels zoals een tafel, stoelen, maar ook de boekenkasten en kasten, of klokken, posters en whiteboards aan de muur. Al deze objecten kunnen ook met robots worden verplaatst of getransformeerd."

Tijdens hun recente samenwerking, Doen, Goor, Suzuki, Zheng en de rest van hun team gingen op zoek naar wat ShapeBots, een zwerm van vormveranderende robots op het tafelblad, kunnen doen en hoe ze met mensen kunnen omgaan. Suzuki en Zheng concentreerden zich op het bouwen van de robots en het programmeren van hun gedrag.

"Het idee achter onze studie is eenvoudig, wat als al onze omgevingen bestaan ​​uit kleine robots die van vorm veranderen?' Do en Gross legden uit. 'Wat zouden de nuttige scenario's kunnen zijn waarin deze kleine robots ons leven interessant of gemakkelijker kunnen maken? Enkele voorbeelden van deze scenario's zijn het schoonmaken van het tafelblad, ons beschermen tegen het oppakken van een koffiemok die te heet is, het weergeven van bevolkingsinformatie op basis van geografische locaties op een kaart, fungeren als interactieve graphics, enzovoort."

Elke afzonderlijke ShapeBot wordt geleverd met kleine motoren waarmee hij op een vlakke ondergrond kan rijden, evenals extra motoren die worden gebruikt om de armen uit te schuiven en in te trekken. De robots communiceren met een hostcomputer die hun posities volgt met behulp van een camera, die de zwerm continu observeert. De hostcomputer choreografeert de bewegingen van de robots op een vlak tafelblad, hen individueel en als team aansturen, zowel in hun voortbeweging als in hun armbewegingen (d.w.z. extensie of intrekking).

"Een belangrijk voordeel van ShapeBots is dat ze goedkoop zijn, omdat ze zijn gemaakt van eenvoudige elektronica en gewone materialen, " Do en Gross zeiden. "We hebben de robots met de hand geassembleerd, die elk ~ US $ 25 kosten om te maken. In aanvulling, ShapeBots bieden een veelzijdige manier om informatie (data) te 'physicaliseren'."

Veel eerdere onderzoeken hebben manieren onderzocht om informatie op 2D-schermen te visualiseren en weer te geven. De ShapeBots ontwikkeld door dit team van onderzoekers, anderzijds, dynamische datavisualisatie uitbreiden naar 3D-omgevingen, waardoor gebruikers fysiek kunnen communiceren met informatie die aan hen wordt gepresenteerd.

In tegenstelling tot andere robots, ShapeBots kunnen hun vorm en zwermconfiguratie veranderen door hun armen uit te strekken of in te trekken. Ze beschikken over de mogelijkheden van de meeste robotzwermen; toch kunnen ze via hun transformaties ook gezamenlijk gegevens aan gebruikers tonen.

Om van vorm te veranderen, de robots maken gebruik van kleine en dunne (2,5 cm) actuatoren geïnspireerd op het mechanisme achter meetlinten, die zowel horizontaal als verticaal kan worden verlengd tot 20 cm. Deze actuatoren hebben een modulair ontwerp dat zwermtransformaties in verschillende vormen en geometrieën mogelijk maakt.

"Onze studie toont aan dat we een zwerm kleine goedkope robots kunnen gebruiken om met informatie te communiceren, het overbruggen van de fysieke en digitale wereld, " Do en Gross zeiden. "Echter, de ShapeBots die we hebben ontwikkeld zijn nog een prototype. Ze zijn relatief robuust in een laboratoriumomgeving, maar ze zouden het niet lang uithouden in een klaslokaal van de derde klas."

Tot dusver, de onderzoekers hebben de vormveranderende robots gebruikt om eenvoudige praktische en visualisatietaken uit te voeren, zoals het opruimen van een bureau of het weergeven van de populaties van staten op een Amerikaanse kaart. Omdat de zelftransformerende robotzwerm nog steeds een prototype is, echter, het team zal het moeten perfectioneren en verdere tests moeten uitvoeren voordat het in de praktijk kan worden geïntroduceerd.

De onderzoekers willen uiteindelijk de grootte van de bots verkleinen, terwijl ook de fabricagekosten worden verlaagd en hun betrouwbaarheid wordt verhoogd. In feite, in de maat die ze nu hebben, gebruikers kunnen slechts een dozijn ShapeBots tegelijk op een tafelblad plaatsen. Als de bots tien keer kleiner waren, echter, er kunnen er meer dan 100 zijn, die visualisaties met een hogere resolutie mogelijk zouden maken.

Shapebots zullen worden gepresenteerd op de komende UIST (User Interface Software Technology) conferentie in New Orleans op 22 oktober. In hun krant de onderzoekers benadrukten een aantal verschillende instellingen waarin ze nuttig zouden kunnen zijn, inclusief scholen, musea, en andere leeromgevingen.

"We kijken nu ook hoe we het gedrag kunnen programmeren van een grotere zwerm robots die van vorm kunnen veranderen, " Do en Gross voegden eraan toe. "Ze één voor één programmeren is onpraktisch als je honderd of meer robots hebt, dus welke 'taal' kunnen we ontwerpen om hun gedrag en interactie te beheersen? En wat als we ze van het tafelblad en op de vloer konden krijgen, de muren, of zelfs zweven in de ruimte?"

© 2019 Wetenschap X Netwerk