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无电脑无电源,机器人如何精准“觅食”?

作者: 精装之家 来源: 精装之家 发布时间: 2021年04月05日 06:55:47

  

无电脑无电源,机器人如何精准“觅食”?


(A)蚂蚁躲避危险,寻找食物;(B)反应式主体车沿燃料路径行驶、规避危险的示意图;(C)反应式主体车沿着金属燃料路径行驶的连续图像。

  当谈及移动机器人的动力问题时,电池成了矛盾体:电池容量越大,质量就越大,机器人移动消耗的能量也就越多。类似太阳能电池板这样的能源采集器,可能适用于某些应用,但它们无法快速、持续地提供足够电能。

  techxplore.com网站当地时间3月31日报道,美国宾夕法尼亚大学助理教授James Pikul领导的团队开发了集电池、太阳能电池板两种供能系统优点于一体的机器人动力技术。

  他们设计的环境控制电压源(ECVS),可以通过反复断裂、形成化学键产生能量。

  机器人在行动过程中找到化学键、获取能量,避开了“质量悖论”——当机器人与金属表面接触时,ECVS单元会催化与周围空气的氧化反应,以释放的电子为机器人提供动力。相关研究成果刊登在《先进智能系统》杂志中。

  Pikul表示,ECVS的设计受到了动物觅食行为的启发。由ECVS驱动的机器人就像一个简单的有机体,尽管没有“大脑”,却能够自行寻找食物来源。

  研究人员概述了脱离中央处理器,实现更复杂行为的方法——通过改变ECVS单元的空间和顺序排布,机器人可以根据“食物来源”执行各种逻辑操作。

  Pikul说:“细菌通过趋化性过程,自主地向营养物质移动。在这个过程中,它们能够感知化学浓度的变化并作出反应。小型机器人与微生物在某种意义上有一定相似性,因为它们无法携带大型电池或者复杂的电脑。我们希望探索ECVS技术对微生物行为的复制效果。”

  实验中,研究人员将机器人放置在能够为ECVS单元供电的铝表面之上,展示了它对两种不同障碍的应对方式。Pikul说:“ECVS就像舌头,既能感知能量,又能帮助消化能量。”第一种障碍是绝缘胶带设置的弯曲路径。如果EVCS装置与另一侧的车轮相连,机器人将自动沿着两条胶带线之间的金属车道行驶。而如果车道出现左转弯,机器人右侧的ECVS会首先开始失去动力,使机器人的左轮减速,进而驱使其转向,避开障碍区。

  另一种障碍是黏稠的绝缘凝胶。机器人可以直接碾压,突破障碍。

  由于凝胶厚度与ECVS单元获得的功率直接相关,研究人员证实了机器人的转弯半径对这种环境信号的响应性。通过整合从ECVS单元测试结果中获得的线索,他们能够设计出所需的导航类型。

  “将ECVS单元连接到反向马达上,可以让机器人避开不喜欢的表面。而当ECVS单元与两个电机并联时,它们会像‘或门’(OR gate)一样运行,忽略仅在单个电源下发生的化学/物理变化。我们可以使用这种策略来匹配生物偏好。”Pikul说。

  随着ECVS技术的发展,没有计算机大脑的自主机器人将具备更复杂的响应性行为能力。Pikul表示,通过匹配ECVS设计与机器人操作环境,不仅能让微型机器人在瓦砾等危险环境中穿行,还能使其在保护好自身的同时,将传感器转移到关键位置。

  科界原创

  编译:德克斯特

  审稿:西莫

  责编:陈之涵

  期刊来源:《先进智能系统》

  期刊编号:2640-4567

  原文链接:

  https://techxplore.com/news/2021-03-brain-metal-eating-robots-food.html

  版权声明:本文由科界平台原创编译,中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。转载请注明来源科技工作者之家—科技界App。