In de hedendaagse fabrieken en magazijnen, het is niet ongewoon om robots rond te zien suizen, het vervoeren van voorwerpen of gereedschappen van het ene station naar het andere. Voor het grootste gedeelte, robots navigeren vrij gemakkelijk door open lay-outs. Maar ze hebben het veel moeilijker om door nauwe ruimtes te kronkelen om taken uit te voeren zoals het pakken van een product achter in een rommelige plank, of kronkelen rond de motoronderdelen van een auto om een ​​oliedop los te draaien.

Nu hebben MIT-ingenieurs een robot ontwikkeld die is ontworpen om een ​​kettingachtig aanhangsel uit te breiden dat flexibel genoeg is om in elke gewenste configuratie te draaien en te draaien. maar toch stijf genoeg om zware lasten te dragen of koppel toe te passen om onderdelen in krappe ruimtes te monteren. Wanneer de taak is voltooid, de robot kan het aanhangsel intrekken en weer uitschuiven, met een andere lengte en vorm, passen bij de volgende taak.

Het ontwerp van het aanhangsel is geïnspireerd op de manier waarop planten groeien, die het transport van voedingsstoffen omvat, in gefluïdiseerde vorm, tot aan de punt van de plant. Daar, ze worden omgezet in vast materiaal om te produceren, beetje bij beetje, een ondersteunende stam.

Hetzelfde, de robot bestaat uit een "groeipunt, " of versnellingsbak, die een losse ketting van in elkaar grijpende blokken in de doos trekt. Versnellingen in de doos vergrendelen vervolgens de kettingeenheden aan elkaar en voeren de ketting uit, eenheid voor eenheid, als een vast aanhangsel.

De onderzoekers presenteerden deze week de op planten geïnspireerde "groeiende robot" op de IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) in Macau. Ze stellen zich voor dat grijpers, camera's, en andere sensoren kunnen op de versnellingsbak van de robot worden gemonteerd, waardoor het door het voortstuwingssysteem van een vliegtuig kan slingeren en een losse schroef kan vastdraaien, of om in een plank te reiken en een product te pakken zonder de organisatie van de omringende inventaris te verstoren, onder andere taken.

"Denk aan het verversen van de olie in uw auto, " zegt Harry Asada, hoogleraar werktuigbouwkunde aan het MIT. "Nadat je het motordak hebt geopend, je moet flexibel genoeg zijn om scherpe bochten te maken, links en rechts, om bij het oliefilter te komen, en dan moet je sterk genoeg zijn om de dop van het oliefilter te draaien om hem te verwijderen."

"Nu hebben we een robot die mogelijk dergelijke taken kan uitvoeren, " zegt Tongxi Yan, een voormalig afgestudeerde student in Asada's lab, die het werk leidde. "Het kan groeien, terugtrekken, en weer groeien naar een andere vorm, aanpassen aan zijn omgeving."

Het team omvat ook MIT-afgestudeerde student Emily Kamienski en gastwetenschapper Seiichi Teshigawara, die de resultaten op de conferentie presenteerde.

de laatste voet

Het ontwerp van de nieuwe robot is een uitloper van Asada's werk om het 'last one-foot problem' aan te pakken - een technische term die verwijst naar de laatste stap, of voet, van de taak of verkenningsmissie van een robot. Hoewel een robot het grootste deel van zijn tijd door de open ruimte kan lopen, de laatste voet van zijn missie kan een meer wendbare navigatie inhouden door strakkere, complexere ruimtes om een ​​taak te voltooien.

Ingenieurs hebben verschillende concepten en prototypes bedacht om het laatste probleem van één voet aan te pakken, inclusief robots gemaakt van zacht, ballonachtige materialen die groeien als lianen om zich door nauwe spleten te wurmen. Maar Asada zegt dat zulke zachte uitschuifbare robots niet stevig genoeg zijn om "eindeffectoren, " of toevoegingen zoals grijpers, camera's, en andere sensoren die nodig zijn bij het uitvoeren van een taak, zodra de robot zijn weg naar zijn bestemming heeft ontwormd.

"Onze oplossing is niet echt zacht, maar een slim gebruik van stijve materialen, " zegt Asada, wie is de Ford Foundation Professor of Engineering.

Kettingschakels

Nadat het team de algemene functionele elementen van plantengroei had gedefinieerd, ze probeerden dit in algemene zin na te bootsen, in een uitschuifbare robot.

"De realisatie van de robot is totaal anders dan een echte plant, maar het vertoont dezelfde soort functionaliteit, op een bepaald abstract niveau, ' zegt Asada.

De onderzoekers ontwierpen een versnellingsbak om de "groeiende tip van de robot, "verwant aan de knop van een plant, waar, naarmate er meer voedingsstoffen naar de locatie stromen, de punt voert een stijvere steel uit. Binnen de doos, ze passen in een systeem van tandwielen en motoren, die werkt om een ​​gefluïdiseerd materiaal op te trekken - in dit geval een buigzame opeenvolging van 3D-geprinte plastic eenheden die in elkaar grijpen, vergelijkbaar met een fietsketting.

Terwijl de ketting in de doos wordt gevoerd, het draait om een ​​lier, die het door een tweede set motoren voedt die geprogrammeerd zijn om bepaalde eenheden in de keten aan hun naburige eenheden te vergrendelen, het creëren van een stijf aanhangsel als het uit de doos wordt gevoerd.

De onderzoekers kunnen de robot programmeren om bepaalde eenheden aan elkaar te vergrendelen terwijl andere ontgrendeld blijven, om specifieke vormen te vormen, of om in bepaalde richtingen te "groeien". Bij experimenten, ze waren in staat om de robot te programmeren om rond een obstakel te draaien terwijl het zich uitbreidde of uit de basis groeide.

"Het kan op verschillende plaatsen worden vergrendeld om op verschillende manieren te worden gebogen, en hebben een breed scala aan bewegingen, "zegt Jan.

Wanneer de ketting vergrendeld en stijf is, het is sterk genoeg om een ​​zware, een pond gewicht. Als er een grijper aan de groeipunt van de robot was bevestigd, of versnellingsbak, de onderzoekers zeggen dat de robot mogelijk lang genoeg kan groeien om door een nauwe ruimte te dwalen, oefen vervolgens voldoende koppel uit om een ​​bout los te draaien of een dop los te draaien.

Automatisch onderhoud is een goed voorbeeld van taken waarbij de robot kan helpen, volgens Kamienski. "De ruimte onder de motorkap is relatief open, maar het is dat laatste stukje waar je om een ​​motorblok of iets heen moet navigeren om bij het oliefilter te komen, dat een vaste arm niet zou kunnen navigeren. Deze robot zou zoiets kunnen doen."