Суровые полевые испытания неожиданным образом формируют дизайн роботов

Ауке Эйспирт и его команда из Лаборатории биоробототехники (BioRob) Инженерной школы EPFL и раньше эксплуатировали своих биоинформированных роботов в естественной среде, но это было больше в демонстрационных целях, чем в научных целях. Испытания функций роботов обычно проводились в лаборатории, например, с использованием рентгеновских видео для сравнения движений роботов с животными, которые вдохновили их на создание.

Но ситуация изменилась в ноябре 2015 года, когда Эйспирт и его коллеги получили от продюсеров Британской радиовещательной корпорации (BBC) запрос на создание двух реалистичных роботов: одного, имитирующего крокодила, а другого — варана.

Оба вида обитают на берегах реки Нил в Уганде, и задачей BioRob было спроектировать и изготовить менее чем за месяц роботов, скрывающих камеры, которые могли бы незаметно интегрироваться в эту среду и фиксировать гнездовое поведение и взаимодействие рептилий. .

Инженерные адаптации

Это был запрос, который казался достаточно простым, и исследователи были уверены в своих силах благодаря прошлому опыту работы с роботами с распростертой позицией, такими как Плеуробот и Оробот.

Но им пришлось столкнуться с первой проблемой, когда дело дошло до баланса формы и функциональности: роботы, разработанные как часть платформы Krock — SpyCroc и SpyLizard — должны были идеально сочетаться с настоящими крокодилами и варанами, чтобы снимать их взаимодействия, поэтому более высокая процент их веса пришлось отдать камерам и гиперреалистичной коже.

«Часть процесса проектирования требовала предвидеть, что может произойти позже, и максимально упростить конструкцию, чтобы облегчить ремонт роботов в полевых условиях, где доступ к специализированным деталям и оборудованию ограничен», — объясняет Камило Мело, бывший постдокторант BioRob. исследователь, который сейчас возглавляет компанию по биоробототехнике KM-RoBoTa. Чтобы добиться этого, исследователи полагались на недорогие компоненты, которые можно было бы легко заменить.

На местах в Уганде сами полевые условия создали неожиданные проблемы. Погода при температуре 38 градусов приведет к тому, что температура внутри роботов поднимется до 80 градусов, что приведет к их перегреву и отключению. Это потребовало от исследователей работать быстро, прежде чем дневная температура поднимется, и найти обходные пути, такие как работа роботов короткими импульсами, чередующимися с периодами охлаждения.

Им пришлось максимально упростить конструкцию робота, чтобы минимизировать количество соединительных частей, поскольку большее количество соединений означало больше точек доступа для песка, пыли и влаги. То, что на первый взгляд казалось сильной стороной конструкции Крока, например жесткость конструкции, оказалось недостатком, поскольку на пересеченной местности просто ломались негибкие компоненты.

Лаборатория BioRob недавно опубликовала извлеченные уроки в качестве исследовательского и методологического ресурса с открытым исходным кодом в Научная робототехника. Они надеются, что их опыт в сочетании со спецификациями проектирования с использованием общедоступных и простых, но надежных компонентов поможет другим исследователям воспроизвести их платформу для своих собственных проектов.

Создание лучшего биоробота

Основываясь на своем опыте в Африке, исследователи разработали улучшенную версию платформы Krock — Krock-2, которая является более прочной, гибкой и водонепроницаемой. Благодаря меньшей потребности в сложных маскировочных элементах, таких как реалистичная латексная кожа, модернизированный робот имеет большой потенциал для реагирования на стихийные бедствия и спасательных операций.

Этот опыт также вдохновил лабораторию BioRob на новые направления исследований. «Большая тема, объединяющая чистую робототехнику и нейробиологию, — это разработка тактильной кожи с датчиками, которые могут обнаруживать силы взаимодействия с окружающей средой», — говорит Эйсперт.

«В робототехнике в целом мы очень хорошо воспроизводим проприоцепцию, но очень плохо воспроизводим все чувства, которые мы имеем в коже, такие как тепло и осязание. Эта технология все еще очень сложна, и мы заинтересованы в ее интеграции это в наших роботов, похожих на саламандр».

Что касается промышленности, Мело использует свой опыт работы с платформой Krock для изучения надежности роботов в KM-RoBoTa. «С точки зрения пользователя, я считаю, что надежность очень важна, и, основываясь на том, что мы узнали в этой области, мы уделяем больше внимания тому, как гарантировать, что роботы не откажут, даже если идет дождь или в непредсказуемых условиях», — говорит он.

Но и для Эйспеерта, и для Мело технические улучшения платформы Krock, основанные на испытаниях в полевых условиях, являются лишь бонусом. Они объясняют, что их больше интересует использование опыта Уганды для совершенствования биоинформированных роботов в качестве научных инструментов — например, в роботизированной палеонтологии, чтобы понять передвижение вымерших видов, таких как динозавры.

Хотя кости и окаменелости можно использовать для создания анимации и изучения кинематики, чтобы понять динамические движения динозавров, необходимо построить физическую модель, подчиняющуюся тем же физическим законам, что и животные из прошлого.

«Все, что мы сделали для улучшения производительности роботов в этой области, очень интересно, потому что это полезно для поисково-спасательных и других приложений. Но в лаборатории BioRob наш главный вклад — это сотрудничество с исследователями в области нейробиологии, биомеханики и палеонтологии, чтобы использовать роботов в качестве физического инструмента для решения научных вопросов», — говорит Эйсперт.

«Благодаря нашему вкладу в это исследование с открытым исходным кодом мы надеемся сделать такие платформы более доступными, оставаясь при этом достаточно точными для научных целей».