Aivottomia robotteja, jotka liikkuvat synkronoidusti

Oxfordin yliopiston johtama tutkimusryhmä on kehittänyt uuden luokan pehmeitä robotteja, jotka toimivat ilman elektroniikkaa, moottoreita tai tietokoneita – vain ilmanpainetta käyttäen.

Professori Antonio Forte toteaa: ”Olemme innoissamme nähdessämme, että aivottomat koneet voivat spontaanisti tuottaa monimutkaisia käyttäytymismalleja, hajauttaa toiminnallisia tehtäviä periferioihin ja vapauttaa resursseja älykkäämpiin tehtäviin.”

Tutkijoiden keskeinen innovaationsa oli kehittää pieni, modulaarinen komponentti, joka käyttää paineilmaa mekaanisten tehtävien suorittamiseen – samalla tavalla kuin elektroninen piiri käyttää sähkövirtaa.

Asennustavasta riippuen tämä yksittäinen lohko voi joko: liikkua tai muuttaa muotoaan, aistia paineen muutoksia tai kosketusta tai vaihtaa ilmavirtausta ON/OFF-tilojen välillä. LEGO-palikoiden tavoin useita identtisiä yksiköitä voidaan yhdistää muodostamaan erilaisia robotteja muuttamatta peruslaitteiston rakennetta.

Tietyssä kokoonpanossa tutkijat havaitsivat, että jokainen yksittäinen yksikkö voi automaattisesti yhdistää kaikki kolme roolia samanaikaisesti, jolloin se voi tuottaa rytmistä liikettä täysin itsenäisesti, kun se saa paineilmaa. Kun useita näistä reagoivista yksiköistä linkitettiin toisiinsa, niiden liikkeet alkoivat synkronoitua luonnollisesti ilman tietokoneen ohjausta tai ohjelmointia.

Erityisesti synkronoitu käyttäytyminen näkyy vain, kun robotit ovat yhteydessä toisiinsa ja koskettavat maata. Tutkijat käyttivät tämän käyttäytymisen selittämiseen matemaattista viitekehystä nimeltä Kuramoto-malli, joka kuvaa, miten oskillaattoriverkot voivat synkronoitua.

Tämä paljasti, että robottien monimutkainen, koordinoitu liike voi syntyä pelkästään niiden fyysisestä suunnittelusta, kun ne on mekaanisesti kytketty ympäristönsä kautta. Tässä tapauksessa jokaisen robotin jalan liike vaikuttaa hienovaraisesti muihin jaettujen kehojen ja maan reaktiovoimien kautta. Tämä luo takaisinkytkentäsilmukan, jossa kitkan, puristuksen ja palautumisen kautta välittyvät voimat yhdistävät raajojen liikkeet toisiinsa, mikä johtaa spontaaniin koordinaatioon.

Lähitulevaisuudessa tutkijat pyrkivät tutkimaan näitä dynaamisia järjestelmiä energiatehokkaiden sidottujen vetureiden rakentamiseksi. Tämä olisi askel kohti näiden robottien laajamittaista käyttöönottoa äärimmäisissä ympäristöissä, joissa energiaa on niukasti ja tarvitaan sopeutumiskykyä.

Professori Forte lisäsi: ”Päätöksenteon ja käyttäytymisen koodaaminen suoraan robotin fyysiseen rakenteeseen voisi johtaa mukautuviin ja reagoiviin koneisiin, jotka eivät tarvitse ohjelmistoa ’ajatellakseen’. Kyseessä on siirtymä ’aivoisista roboteista’ ’robotteihin, jotka ovat omia aivojaan’. Tämä tekee niistä nopeampia, tehokkaampia ja mahdollisesti parempia vuorovaikutuksessa arvaamattomien ympäristöjen kanssa.”

Aiheesta aiemmin:

Robotiikan uusia näkökulmia

Räpyttelevä robotti jäljittelee lentävää hyönteistä

Roboteille toimintakykyä ilman elektroniikkaa