Bu PATRICK: Sualtında sürünebilen deniz yıldızı robotuyla tanışın.

Carnegie Mellon Üniversitesi’ndeki araştırmacılar yakın zamanda, denizyıldızı ile yakından ilişkili bir deniz omurgasızı olan kırılgan yıldızın yapısını ve davranışını yapay olarak kopyalayan, bağımsız bir yumuşak robot olan PATRICK’i yarattılar. ArXiv’de önceden yayınlanan bir makalede sunulan bu eşsiz biyo-ilham robotu, şekil hafızalı alaşım (SMA) kablolarıyla çalıştırılan beş ayağı kullanarak su altında tarama yapabilir.

TechXplore’a konuşan araştırmacılardan Zach Patterson, “Bu çalışma, laboratuarımızın elektrik motorları yerine kas teli kullanarak hiç kuşkusuz yumuşak robotlar yaratma konusundaki önceki çalışmalarının doğal bir uzantısı olarak ortaya çıktı.” Dedi. “PATRICK için ilham kaynağımız, deniz yıldızının şaşırtıcı derecede çevik bir akrabası olan kırılgan yıldızdan geliyor.”

Patterson ve meslektaşları , su altında basit görevleri tamamlayabilen, ancak kırılgan yıldızın ve su altı tarama davranışının mevcut anlayışını artırabilecek yumuşak bir robot geliştirmeye başladılar. Kırılgan yıldızın su altında en etkili şekilde yürümesini sağlamak için araştırmacılar, robotlarının harici donanıma bağlanmaması gerektiğini hissettiler, çünkü bu daha özgürce hareket etmesini sağlayacaktır.

Geliştirdikleri robot olan PATRICK, SMA bobinleriyle çalışan beş uzuva sahiptir. SMA, oda sıcaklığında yüksek esneklik ve ısıtıldığında benzersiz bir davranış da dahil olmak üzere bir dizi avantajlı özelliğe sahip bir metal türüdür . Bir elektrik akımı uygulandığında, aslında, SMA metal hızla ısınır ve geçmişte elde ettiği bir şekle geri döner.

“Bu şekil değiştiren bobinleri bir tür ‘kas’ olarak kullanıyoruz ve robotun bacaklarının istenen yönlerde bükülmesine neden oluyoruz,” dedi Patterson. “Robot çoğunlukla silikondan yapılmış, bu da onu son derece esnek ve su geçirmez hale getiriyor. PATRICK’in hareketini kontrol etmek için çeşitli hareket ilkelleri geliştirdik: robotu bir bütün olarak hareket ettiren uzuvlar arasında koordine edilen belirli şekil değişikliği modelleri. “

Patterson ve meslektaşları, yüksek esnekliğine ek olarak, robotlarının çevresindeki ortamı algılayabilmesini ve hangi yönde özerk hareket edeceğini seçebilmelerini istemişlerdir. Bunu başarmak için, robotun su altındayken kablosuz iletişim yoluyla su dışındaki cihazlarla iletişim kurmasını sağlayan bir çerçeve geliştirdiler. Bu, PATRICK’e sadece vücudunu oluşturan nispeten ucuz donanım bileşenlerine dayanmayan ek özellikler sağlar, böylece çevresini özerk bir şekilde algılamasına ve hesaplamalar yapmasına izin verir.

Patterson ve meslektaşları tarafından geliştirilen yumuşak robotun bir başka ilginç özelliği, bacakları farklı şekillerde yeniden düzenleyebilen birkaç SMA ‘kasından’ yapılmış olduğundan, su altında çok çeşitli hareketler yapabilmesidir. Bu, tipik olarak sadece birkaç basit hareket veya hareket stili yapabilen mobil yumuşak robotlar için biraz nadirdir.

Patterson, “Robotun gerçek zamanlı olarak, hedeflenmemiş yumuşak robotlar arasında bir ilk olarak istenen hedeflere hareket edebileceğini gösterdik.” Dedi. “Buna ek olarak, herhangi bir harici donanıma bağlı olmayan yumuşak bir robotun , çevresinde ve robotun davranışında büyük bir belirsizlik olsa bile, kendi başına hareketli bir hedefe ulaşabileceğini keşfettik . , sıcaklık, malzeme deformasyonu ve sürtünme gibi şeyler arasındaki karmaşık etkileşimler nedeniyle , robotun verilen bir komuta yanıt olarak nasıl hareket edeceğinden asla emin değiliz. “

PATRICK’in su altında otonom olarak hareket edebilmesi, esnek ve karmaşık yapısının doğrudan bir sonucudur. Karmaşık tasarımı da davranışını tahmin etmeyi zorlaştırsa da, sonuçta robotun pahalı ve yüksek performanslı kontrol algoritmalarına ihtiyaç duymadan şekli deforme ederek ve değiştirerek çevresindeki rahatsızlıklara otomatik olarak tepki vermesine izin verir.

Gelecekte, bu araştırmacılar ekibi tarafından geliştirilen kırılgan yıldızdan ilham alan robotun çok sayıda yararlı uygulaması olabilir. Örneğin, jeolojik araştırmalar yapmak ve minimal invaziv ekolojik veya biyolojik örnekleme elde etmek için kullanılabilir. Buna ek olarak, Patterson ve meslektaşları PATRICK’in kırılgan yıldız hareketinin arkasındaki mekanizmaların incelenmesine yardımcı olacağını umuyorlar.

Patterson, “Bir sonraki çalışmalarımızda, daha fazla kontrol ve planlama algoritması ile deney yapacağız, kontrol için makine öğrenme yaklaşımları geliştireceğiz ve robotun daha çeşitli yararlı görevlerle başa çıkabilmesi için yapıdaki sensörleri uygulayacağız.” Dedi. “İlk hedeflerimizde belirtildiği gibi, kırılgan yıldız hareketlerini ve genel olarak su altı yürüyüşlerini daha iyi anlamak için PATRICK’i kullanmayı planlıyoruz.”