Orice roboți sunt interesanți și orice roboți atrag atenția, fie că imită pur și simplu ființe vii sau se comportă complet nefiresc pentru ei. Mecanismele de la renumitul producător de roboți, Boston Dynamics, aparțin categoriei # 1. Roboții produși de această companie sunt literalmente înspăimântători cu mișcările lor excesiv de „umane”. Dar există și exemple de un cu totul alt gen, o ilustrare clară a căreia, de exemplu, a fost videoclipul care a apărut pe web: un roi teribil de cvadrupluri foarte miniaturale care zboară rapid și armonios.
Roirea este neobișnuită pentru oameni și pentru ei este un adevărat mister. Când nu suntem bine în organizarea socială a societății, construim ierarhii. Roboții care imită furnicile și / sau albinele sunt un fenomen dintr-o operă complet diferită. Este evident că ne provoacă nu numai sentimente foarte ambigue, ci și multe întrebări.
De exemplu, apare imediat întrebarea despre modul în care sunt aranjați acești roboți? Sunt controlate dintr-un singur centru centralizat sau zboară autonom unul de celălalt, conduse de ceva în interiorul lor? Poate că, dacă zborul lor sincronizat se bazează pe un singur program, atunci acesta nu este deloc un roi, ci un singur organism, care include sute de elemente care nu au nevoie de o conexiune mecanică între ele. De altfel, ultima opțiune nu este doar curioasă...
Nu este ușor să găsiți informații despre proiectele companiei Boston Dynamics, deoarece acestea sunt realizate cu bani militari. Dar puteți găsi cu ușurință ceva despre cvadruplele care roiesc. Toate informațiile despre acestea sunt publicate în mod regulat în lucrările lor de către oamenii de știință care lucrează în laboratorul de robotică, automatizare, senzație și percepție a Universității din Pennsylvania (prescurtare - GRASP) și care „au avut o mână de ajutor” în crearea lor.
Flying robot quadcopters GRASP
Puteți obține o mulțime de fapte valoroase și interesante dacă vă familiarizați cu discursurile lor publice, precum și cu interviurile în mass-media și pe Internet.
Dacă aruncați o privire mai atentă la cvadrupurile GRASP, fără a lua în considerare chiar comportamentul lor colectiv curios, atunci aceste dispozitive sunt interesante în sine.
Mecanismul în sine cântărește... 73 de grame, inclusiv bateria și toate componentele electronice. Amintiți-vă că un smartphone mediu cântărește de o dată și jumătate până la două ori mai mult. În același timp, cvadrupul se potrivește în palma unui adult: diametrul elicelor (sunt patru) este de opt centimetri, iar întreaga structură are doar 21 de centimetri lățime.
Principala problemă cu care se confruntă creatorii unor pătrate neobișnuite este conservarea energiei. În ciuda faptului că bateria fiecărui quadlet ocupă aproape jumătate din acest aparat electric, există încă un deficit de spațiu. Indiferent cât de mult ar dori creatorii să rămână în aer cât mai mult timp posibil, zborul roboților nu durează mai mult de cinci minute.
Proiectanții mini-quad GRASP au făcut unele progrese în acest domeniu. Sursa de energie pentru roboții zburători ai acestor modele este o baterie litiu-polimer cu o capacitate de 400 mAh, cântărind doar 23 de grame. Deoarece consumul de energie este cât mai mic posibil, funcționarea dispozitivului a fost mărită la unsprezece minute.
Computerul de bord al vehiculului zburător se bazează pe un procesor ARM Cortex-M3, a cărui frecvență de ceas nu depășește 700 MHz. Computerul primește și procesează informații de la senzori instalați pe un accelerometru și magentometru cu trei axe, doi giroscopi și un barometru pentru măsurarea altitudinii. Unul dintre giroscopuri este biaxial și măsoară pitch and roll. În ceea ce privește celălalt giroscop, acesta este uniaxial, iar sarcina sa principală este să măsoare falca dispozitivului.
Este important să subliniem că senzorii transmit informații numai despre mișcarea unui anumit quad propriu și nu raportează nimic despre situația din jurul lor. Proiectanții nu au prevăzut instalarea unei camere video sau cel puțin un telemetru pe ele.
Unele drone din GRASP includ și o cameră Kinect. În acest caz, devine posibil cu un quadropter să construiască o imagine tridimensională a ceea ce îi înconjoară. Dar aceștia nu sunt roboții despre care vorbim aici. Întrucât cercetătorii au fost interesați de miniaturizarea maximă posibilă, ei au înregistrat experimente semnificative.
Orientarea în spațiu a GRASP-urilor miniaturale este asigurată de un sistem extern de captare a mișcării creat de Vicon. Acest sistem este instalat în laborator și utilizat de oamenii de știință care lucrează acolo. Datele care sunt colectate folosind acest sistem sunt procesate inițial la o stație de lucru staționară, după care sunt transmise către pătrate prin protocolul wireless ZigBee. Interesant este că stația de lucru și fiecare robot zburător fac schimb de informații de cel puțin o sută de ori într-o secundă.
Perspective pentru roboții GRASP quad
De ce, la urma urmei, în această companie și nu numai în ea, așa căutăm după diminutivitate? Răspunsul este destul de simplu - cu cât quad-ul este mai mic, cu atât este mai manevrabil. Acest lucru face mișcările cvadruplurilor ciudate, nefiresc. În doar o jumătate de secundă, ei pot face o capotă de 360 de grade, într-o secundă, „să sară” în lateral cu o lățime egală cu lățimea propriului corp, să facă cinci sau mai multe viraje în jurul axei etc.
Ceea ce oferă o astfel de manevrabilitate excelentă este arătat într-un videoclip publicat în mod regulat de cercetători. Cadruletele fac salturi rapide, își schimbă cu ușurință orientarea în spațiu, realizează trucuri care, dacă nu ar avea o astfel de manevrabilitate supranaturală, ar fi pur și simplu imposibil de realizat. Așadar, toată lumea este uimită de cât de ușor depășesc cvadratele deschiderile înguste, înclinându-se la 90 de grade doar o fracțiune de secundă.
Se știe că un efect secundar neplăcut al miniaturizării este o sarcină utilă foarte mică. Acest efect secundar a stimulat designerii să lucreze cu echipe de roboți. Un quad mic este într-adevăr prea slab, dar când luăm un grup mare de roboți, este capabil să rezolve aproape orice problemă. Vorbind la o conferință TED, profesorul Vijay Kumar de la laboratorul GRASP a ilustrat această idee cu un videoclip unic. Intriga videoclipului povestea despre furnici, care împreună transportau o încărcătură în furnicar, a cărei greutate era complet insuportabilă pentru oricare dintre ele.
Potrivit lui Kumar, organizarea muncii comune a unui număr mare de roboți zburători ar trebui să se bazeze pe trei principii:
- Roboții trebuie controlați într-o manieră descentralizată. ierarhia va complica și încetini nepermis procesul. Este important ca roboții să se descurce fără lideri, deoarece acest lucru se întâmplă în comunitatea furnicilor.
- Principiul anonimatului trebuie respectat, roboții trebuie să nu se distingă între ei și să fie interschimbabili.
- Informațiile care trebuie utilizate de roboți pot fi accesate doar local.
Faptul că este destul de posibil, aparent imposibil fără o organizare strictă, un comportament de grup bine coordonat în care nu există un control centralizat, a fost dovedit. În 1986, acest lucru a fost clar dovedit de specialistul în grafică pe computer Craig Reindols, care a creat aplicația Boids care a devenit faimoasă în acei ani.
Fiecare obiect care există în Boids își alege propria cale pe baza a trei reguli foarte simple. Primul este să vă păstrați distanța între voi și celălalt obiect. În al doilea rând, mutați-vă unde este următorul obiect. În al treilea rând, căutați-vă spre centru, unde este concentrat un grup de obiecte din apropiere.
Ca rezultat, obiectele prezentate pe ecranul Boids sunt perfect auto-organizate și grupate în grupuri în mișcare. În același timp, cu mișcările lor, seamănă foarte mult cu școlile de pești și cu turmele de păsări. Mai târziu, algoritmii Boids modificați au început să fie folosiți în mod constant pentru a crea efecte speciale în cinematografie, de exemplu, în cazurile în care era necesar să descrie un comportament de masă credibil al oamenilor.
Deoarece roboții zburători nu trebuie să imite șirurile de pești, se descurcă cu un algoritm mai puțin complex. Pentru a evita coliziunile în aer, trebuie doar să mențină strict o distanță între ele. Fiecare dintre roboți, în același timp, își îndeplinește propria sarcină, schimbând traiectoria doar atunci când amenințarea coliziunii devine reală. Nu au probleme de manevrabilitate datorită caracteristicilor tehnice cu care sunt dotate inițial.
Dar aceasta este doar teorie. Principiile enumerate de Vijay Kumar sunt cu siguranță utilizate în GRASP în cercetarea în domeniul controlului descentralizat al roboților, dar nu pe deplin.
Cercetătorii GRASP, Alex Kushelev, Daniel Mellinger și Vijay Kumar, au publicat anul trecut „Către un roi de microadrotori agili”. Această lucrare susține că colectivul de roboți zburători constă din mai multe grupuri independente care interacționează într-un mod descentralizat. Cu toate acestea, în cadrul fiecăruia dintre aceste grupuri, disciplina, așa cum se spune, este fieră.
Potrivit oamenilor de știință, există două moduri de organizare a grupurilor, adaptate la situații diferite. În primul caz, este un zbor de formare. Formarea este aranjarea roboților într-o anumită ordine și apoi repetarea tuturor mișcărilor liderilor. A doua modalitate de organizare este lanțul. Cu această metodă de organizare a roboților, liderul zboară primul, iar restul îl urmează într-o manieră disciplinată și cu un preț. În ambele cazuri, problema este simplificată de faptul că este necesar doar să se calculeze și să se ia în considerare traiectoria liderului. Roboții sunt autonomi, atunci? Kumar, răspunzând la această întrebare, a explicat că doar strategia este centralizată, tactic roboții se pot deplasa complet independent.
Ar trebui să ne așteptăm ca în viitorul apropiat roiul de mini-roboți zburători să nu părăsească zidurile laboratoarelor, deoarece utilitatea lor este limitată de dependența lor de senzorii externi și de durata de viață insuficientă a acestor dispozitive. Cu toate acestea, în această lume orice este posibil.