ربات الهام گرفته از سوسک سرگین‌غلطان با کنترل تطبیقی پاها در غلطاندن اشیا مهارت پیدا می‌کند

با الهام از قدرت و کارایی قابل توجه سوسک‌های سرگین‌غلطان، محققان ربات‌هایی را توسعه داده‌اند که مکانیک منحصر به فرد غلطاندن اشیا توسط این سوسک‌ها را تقلید می‌کنند.

یک مطالعه جدید توضیح می‌دهد که چگونه سوسک‌های سرگین‌غلطان توپ‌های سرگین را می‌غلتانند و حرکات پاهای خود را برای حرکت در زمین‌های مختلف تنظیم می‌کنند، که این اطلاعات برای ربات‌های چندکاره می‌تواند مفید باشد.

براساس مشاهدات رفتاری غلطاندن توپ توسط سوسک‌های سرگین‌غلطان، یک کنترل حرکت-دستیابی عصبی ماژولار ایجاد شده است.

ربات ALPHA که از سوسک‌های سرگین‌غلطان الهام گرفته شده است، می‌تواند توپ‌های مختلف را بر روی سطوح صاف و ناهموار حرکت دهد و به طور روان به وظایف و زمین‌های مختلف سازگار شود. محققان در چکیده مطالعه گفته‌اند که “مکانیزم‌های کنترلی می‌توانند به عنوان اصول راهنما برای حل هماهنگی حس-حرکت برای ربات‌های چندکاره عمل کنند.”

در ماه آگوست، با الهام از سوسک سرگین‌غلطان ، دانشمندان یک حسگر هوش مصنوعی برای اندازه‌گیری دقیق جهت‌گیری کهکشان راه شیری توسعه دادند.

حرکت-دستیابی

در حالی که بیشتر ربات‌های پا‌دار عمدتاً برای حرکت طراحی شده‌اند، علاقه به استفاده از آن‌ها برای وظایف دستیابی به اشیا نیز در حال افزایش است. این توانایی ترکیبی از حرکت و دستیابی به اشیا به نام “حرکت-دستیابی” شناخته می‌شود.

برخی از ربات‌ها، مانند SpotMini و ANymal، از بازوها یا گیرنده‌ها برای دستکاری اشیا استفاده می‌کنند، در حالی که برخی دیگر، مانند ربات ALPHA، از پاهای خود برای هل دادن، بلند کردن یا حمل اشیا استفاده می‌کنند. ربات‌هایی که با پاهای خود دستکاری می‌کنند، دارای مزایای منحصر به فردی برای دستیابی به اشیاء بزرگتر و سنگین‌تر هستند.

سوسک‌های سرگین‌غلطان کارشناسانی در دستکاری اشیاء پیچیده هستند—آن‌ها توپ‌هایی از اوزان مختلف را بر روی زمین‌های متنوع غلط می‌دهند که به آن‌ها امکان می‌دهد اشیاء تقریباً دو برابر اندازه خود را جابجا کنند. هماهنگی آن‌ها شامل هل دادن به زمین با پاهای جلو و غلطاندن توپ با پاهای وسط و عقب است.

به گفته محققان، در حالی که این تکنیک کارآمد می‌تواند الهام‌بخش طراحی‌های جدید ربات باشد، الگوهای دقیق حرکتی و کنترل‌های عصبی سوسک‌ها برای کار با اوزان مختلف توپ و سطوح همچنان یک راز باقی مانده است. ترجمه این استراتژی‌های طبیعی به رباتیک می‌تواند قابلیت ربات‌های پا دار آینده را در کار با اشیاء متنوع بهبود بخشد.

کنترل تطبیقی ربات

این مطالعه بررسی کرد که چگونه سیستم‌های عصبی سوسک‌های سرگین‌غلطان به آن‌ها کمک می‌کنند تا حرکات خود را برای غلطاندن انواع و اوزان مختلف توپ‌ها در زمین‌های متنوع تطبیق دهند.

محققان یک سیستم کنترل عصبی برای رباتی با الگو برداری از سوسک‌های سرگین‌غلطان (به نام ALPHA) براساس چهار اصل کلیدی غلطاندن توپ از رفتار سوسک‌ها طراحی کردند. این سیستم شامل یک تولید کننده ریتم برای حرکت، کنترل جهت برای تعادل، و تطبیقات مانند پاهای انعطاف‌پذیر برای بهبود چسبندگی و انعطاف‌پذیری زمین است.

با استفاده از این سیستم، ALPHA می‌تواند توپ‌هایی که طول پاهایش دو برابر هستند را روی سطوح صاف و ناهموار بچرخاند و به سرعت‌های غلطاندن ۱۰-۲۰ سانتی‌متر بر ثانیه دست یابد. ربات وضعیت خود را به صورت پویا تنظیم می‌کند و به شرایط مختلف از جمله توپ‌های نرم، سفت، سبک یا سنگین سازگار می‌شود.

آزمایش نشان داد که سیستم کنترل عصبی پایه ALPHA به آن اجازه می‌دهد تا توپ‌های نرم و سخت را بر روی زمین‌های صاف و ناهموار با موفقیت تا ۸۰ درصد بچرخاند. افزودن فانوس‌های متقابل و مواد نرم به پاها باعث بهبود پایداری و چسبندگی، به ویژه در زمین‌های چالش‌برانگیز شد.

در سطوح صاف، ALPHA با توپ نرم به یک نرخ موفقیت ثابت ۱۰۰ درصد دست یافت. تنظیمات بلادرنگ ماژول ROC حرکت تطبیقی ایجاد کرد، که از لغزش جلوگیری و کنترل را بهبود بخشید، اگرچه گاهی سرعت را محدود می‌کرد.

به گفته محققان، رویکرد زیست‌الهام‌بخش بینش‌های جدیدی برای طراحی ربات‌های پیچیده و چندکاره ارائه می‌دهد، به ویژه برای ربات‌های شش‌پاد و چهارپا، که ممکن است قابلیت‌های آن‌ها را برای حرکت و مدیریت اشیاء بزرگ‌تر بهبود بخشد.

جزئیات این تحقیق در مجله علوم پیشرفته منتشر شده است.