네 발 달린 무리 로봇이 거친 지형을 함께 횡단합니다.

검역 초기에 Notre Dame 교수이자 로봇공학자인 Yasemin Ozkan-Aydin은 집에 있는 시간을 이용해 로봇을 조립했습니다.

Ozkan-Aydin은 팀으로 복잡한 지형에서 기동하는 협동 레그 시스템을 개발했습니다.

거친 지형과 좁은 공간에서 이동하기 위해 Ozkan-Aydin은 로봇 간의 물리적 연결이 이동성을 향상시킬 수 있다고 제안했습니다. 예를 들어 개별 로봇이 스스로 물체를 움직일 수 없다면 로봇이 작업을 완료하기 위해 더 큰 다족 시스템을 구성하게 하지 않겠습니까?

그것이 개미들이 하는 일입니다.

“개미들이 물건을 모으거나 운반할 때 장애물에 부딪히면 집단적으로 힘을 합쳐 그 장애물을 극복합니다. 예를 들어 경로에 틈이 있으면 다른 개미가 건너갈 수 있도록 다리를 형성합니다. 이것이 이 연구의 영감입니다.”라고 Ozkan-Aydin은 최근 보도 자료 . "로봇을 통해 우리는 이러한 생물학적 시스템의 역학 및 집단 행동을 더 잘 이해하고 미래에 이러한 종류의 기술을 사용할 수 있는 방법을 탐구할 수 있습니다."

Ozkan-Aydin은 3D 프린터를 사용하여 길이가 15~20cm인 네 발 달린 로봇을 만들었습니다.

각 로봇에는 리튬 폴리머 배터리, 마이크로 컨트롤러 및 3개의 센서가 포함되어 있습니다. 광 센서와 함께 각 로봇의 전면과 후면에 있는 두 개의 자기 터치 센서를 통해 시스템을 연결할 수 있습니다.

4개의 유연한 다리는 추가 센서와 부품의 필요성을 줄이고 로봇에게 기계 지능 수준을 부여하여 거칠거나 고르지 않은 지형과 상호 작용할 때 도움이 되었습니다.

Ozkan-Aydin은 "다리의 유연성으로 로봇이 장애물을 바로 지나갈 수 있기 때문에 장애물을 감지하기 위해 추가 센서가 필요하지 않습니다."라고 말했습니다. “그들은 경로의 틈을 테스트하여 몸으로 다리를 만들 수 있습니다. 개체를 개별적으로 이동합니다. 또는 연결하여 개미와 다르지 않은 다양한 유형의 환경에서 개체를 집합적으로 이동합니다.”

Ozkan-Aydin은 COVID-19 전염병으로 인해 국가의 많은 부분이 폐쇄된 2020년 초에 연구를 위한 연구를 시작했습니다. 각 로봇을 인쇄한 후 Ozkan-Aydin은 마당이나 놀이터에서 아들과 함께 곤충에서 영감을 받은 시스템을 테스트했습니다.

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노틀담 교수는 자연 지형과 인공 지형 모두에서 다양한 실험을 수행했습니다. 로봇은 잔디, 뿌리 덮개, 나뭇잎, 도토리, 거품 계단, 털 카펫, 파티클 보드에 붙인 직사각형 나무 블록의 거친 지형을 통과하고 그 주위를 움직였습니다.

개별 유닛이 갇히면 추가 로봇에 빛을 보내 지원 요청을 표시합니다. 빛을 감지하면 도우미 로봇이 연결되어 지원을 제공하여 함께 걸을 때 밀고 나가서 함께 작업하는 동안 장애물을 성공적으로 통과합니다.

Ozkan-Aydin 교수는 "보조 로봇이 빛의 기울기를 따라 검색 로봇을 찾은 후 뒤에서 두 로봇의 터치 센서에 부착하고 로봇에 연결 상태를 알려줍니다"라고 에 말했습니다. 기술 개요 .

연구팀은 최근 Science Robotics에 결과를 발표했습니다. .

향후 연구에서는 시스템의 제어, 감지 및 전력 기능을 개선하는 데 중점을 둘 것입니다.

기술 요약이 포함된 짧은 Q&A 아래에서 Ozkan-Aydin은 이러한 기능이 향상되면 Swarm이 할 수 있는 작업을 설명합니다.

기술 개요 :마그네틱 터치 센서는 어떻게 작동하며 무엇을 하며 어떻게 제어되나요?

야세민 오즈칸-아이딘 :각 로봇은 로봇의 전면과 후면에 N-S 극성의 네오디뮴 희토류 자석 2개가 포함된 2개의 마그네틱 커넥터를 가지고 있습니다. 뒷면의 마그네틱 커넥터는 꼬리에 부착되어 있으며 꼬리를 위로 움직여 극성을 반전(S-N)할 수 있습니다. 따라서 꼬리가 올라가면 두 로봇이 서로 연결되고 꼬리가 내려오면 분리됩니다.

기술 개요 : "도움" 신호가 로봇에 전송되면 도움말 로봇은 무엇을 해야 하고 어떤 조치를 취해야 하는지 어떻게 알 수 있나요?

야세민 오즈칸-아이딘 :수색로봇이 계단이나 험한 지형에 갇혔을 때 헬퍼로봇에게 로봇 후면의 밝은 LED 조명을 켜는 헬프신호를 보낸다. 검색 로봇이 측정한 빛의 세기로 멈춤[상태]을 감지합니다. 로봇이 갇히면 목표물(광원)을 향해 움직일 수 없으며 빛의 세기도 변하지 않습니다. 도우미 로봇은 항상 검색 로봇의 신호를 기다립니다.

물론 우리 시스템에는 한계가 있습니다. 예를 들어 도우미 로봇이 탐색 로봇의 빔 밖으로 떨어지면 도우미 로봇이 찾지 못합니다. 향후 설계에서는 GPS와 같은 다른 유형의 센서를 사용하여 로봇 간의 통신을 향상시켜야 합니다. 그러나 시스템이 복잡해질수록 로봇을 제어하기가 더 어려워집니다. 여기서 기계 지능이 중요한 역할을 합니다.

기술 개요 :여기서 "기계적 지능"이란 무엇을 의미합니까? 그들은 정확히 어떻게 상호 작용합니까? 한 로봇이 장애물에 걸리면 어떻게 됩니까? 추가 로봇에 신호를 어떻게 보내나요?

야세민 오즈칸-아이딘 :기계 지능이란 기계가 환경에 반응하거나 새로운 외부 상황에 적응하거나 컨트롤러의 감각 피드백이나 안내 없이 일부 기능을 자동으로 수행하는 것을 의미합니다. 각 로봇에는 4개의 방향으로 유연한 다리와 꼬리가 있습니다. 다리나 꼬리가 장애물에 부딪히면 뒤쪽으로 구부러져 장애물을 건너게 됩니다. 장애물을 지나면 리턴 스프링이 다리를 원래 위치로 당깁니다. 이 수동적 굽힘은 또한 접촉 영역을 증가시켜 개별 다리 또는 꼬리가 지형 거칠기의 변화, 입각기 단계에서 지면 접촉 손실, 공중 단계에서 장애물을 밟거나 부딪치는 변화에 대처할 수 있습니다.

모든 로봇에는 연결 상태를 감지하는 터치 센서와 같은 두 개의 스위치가 있습니다. 하나는 로봇의 전면에 있고 다른 하나는 후면에 있습니다. 두 대의 로봇이 연결되면 꼬리에 부착된 돔형 푸셔가 앞 로봇 꼬리와 뒤 로봇 머리에 있는 센서를 모두 터치한다. 로봇 간에 높은 수준의 통신(예:무선으로 GPS 좌표 전송)은 없지만 터치 센서를 통해 각 로봇은 다른 로봇과 연결되어 있는지 여부를 알 수 있습니다. 터치 센서 외에 각 로봇의 전면 하단에는 광 센서 또는 포토 트랜지스터가 있습니다. 이 센서는 환경의 광도를 측정하고 로봇 간의 로컬 통신을 제공하는 데 사용됩니다.

기술 개요 :실세계의 실용적인 응용 프로그램 중 하나 또는 두 개를 증폭할 수 있습니까? 무리가 무엇을 성취할 수 있고 어떻게 할 수 있습니까?

야세민 오즈칸-아이딘 :다리가 있는 로봇 떼는 수색 및 구조 작업, 농업 응용 프로그램(예:심기 및 수확, 환경 모니터링 및 작물 검사 등), 집합체 운송 및 우주 탐사와 같은 실제 협력 작업을 수행할 수 있습니다.

기술 개요 :그들에게 전력을 공급하는 것과 관련하여, 예를 들어 모션을 기반으로 하는 일종의 에너지 수확을 상상할 수 있습니까?

야세민 오즈칸-아이딘 :이는 향후 디자인에서 개선되어야 할 매우 중요한 포인트입니다. 압전 재료와 같은 에너지 수확 메커니즘이 로봇 다리에 부착되어 보행 중에 에너지를 수확하거나 각 로봇에 배터리를 충전하기 위한 태양 전지 패널이 있을 수 있습니다. 또 다른 옵션은 로봇 중 하나만 에너지 수확 메커니즘을 장착하여 총 비용을 줄이고 다른 로봇에 전력을 전달할 수 있다는 것입니다.

기술 개요 :이 노력, 특히 자연 모델에 영감을 준 것은 무엇입니까?

야세민 오즈칸-아이딘 :이 연구는 유연한 몸과 팔다리를 가지고 다양한 지형에서 효과적으로 움직일 수 있는 지네나 노래기 같은 다족 동물과 스스로 조직화하고 문제를 해결하기 위해 다리와 같은 구조를 만들 수 있는 개미 집단에서 영감을 받았습니다.

기술 개요 :로봇을 어떻게 개선하려고 하시나요?

야세민 오즈칸-아이딘 :현재 로봇은 통신 범위가 제한되어 있습니다. 개인 간의 의사 소통이 향상됨에 따라 무리의 단위(4족 동물)가 환경 조건이나 수행하는 작업에 따라 적절하게 조정하고 걸음걸이를 변경할 수 있을 것으로 기대합니다. 또한 수행할 작업에 따라 로봇의 크기를 조정할 수 있습니다.

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