מערכות רובוטיקה קיימות רבות שואבות השראה מהטבע, משחזרות באופן מלאכותי תהליכים ביולוגיים, מבנים טבעיים או התנהגויות של בעלי חיים כדי להשיג מטרות ספציפיות. הסיבה לכך היא שבעלי חיים וצמחים מצוידים באופן מולד ביכולות שעוזרות להם לשרוד בסביבותיהם, ובכך עשויות לשפר גם את הביצועים של רובוטים מחוץ להגדרות מעבדה.
"זרועות רובוטים רכות הן דור חדש של מניפולטורים רובוטיים השואבים השראה מיכולות המניפולציה המתקדמות שמציגים אורגניזמים 'חסרי עצמות', כמו מחושים של תמנון, גזעי פילים, צמחים וכו'", אנריקו דונאטו, אחד החוקרים שביצע. המחקר, אמר ל-Tech Xplore. "תרגום העקרונות הללו לפתרונות הנדסיים מביא למערכות המורכבות מחומרים קלי משקל גמישים שיכולים לעבור דפורמציה אלסטית חלקה כדי לייצר תנועה תואמת ומיומנת. בשל המאפיינים הרצויים הללו, מערכות אלו מתאימות למשטחים ומציגות חוסן פיזי והפעלה בטוחה לאדם בעלות פוטנציאלית נמוכה".
בעוד שזרועות רובוטים רכות יכולות להיות מיושמות על מגוון רחב של בעיות בעולם האמיתי, הן יכולות להיות שימושיות במיוחד עבור אוטומציה של משימות הכרוכות בהגעה למיקומים רצויים שעשויים להיות בלתי נגישים לרובוטים קשיחים. צוותי מחקר רבים ניסו לאחרונה לפתח בקרים שיאפשרו לזרועות הגמישות הללו להתמודד ביעילות עם משימות אלו.
"באופן כללי, התפקוד של בקרים כאלה מסתמך על ניסוחים חישוביים שיכולים ליצור מיפוי תקף בין שני מרחבים תפעוליים של הרובוט, כלומר, מרחב משימה ומרחב מפעיל", הסביר דונאטו. "עם זאת, התפקוד התקין של בקרים אלו מסתמך בדרך כלל על משוב ראייה אשר מגביל את תקפותם בתוך סביבות מעבדה, ומגביל את יכולת הפריסה של מערכות אלו בסביבות טבעיות ודינמיות. מאמר זה הוא הניסיון הראשון להתגבר על המגבלה הבלתי מטופלת ולהרחיב את טווח ההגעה של מערכות אלו לסביבות לא מובנות".
"בניגוד לתפיסה המוטעית הרווחת שצמחים אינם זזים, צמחים עוברים באופן אקטיבי ומכוון מנקודה אחת לאחרת תוך שימוש באסטרטגיות תנועה המבוססות על צמיחה", אמר דונאטו. "האסטרטגיות האלה כל כך יעילות שצמחים יכולים ליישב כמעט את כל בתי הגידול על פני כדור הארץ, יכולת חסרה בממלכת החיות. מעניין שבניגוד לבעלי חיים, אסטרטגיות תנועת צמחים אינן נובעות ממערכת עצבים מרכזית, אלא הן נוצרות בגלל צורות מתוחכמות של מנגנוני מחשוב מבוזרים".
אסטרטגיית הבקרה העומדת בבסיס תפקודו של הבקר של החוקרים מנסה לשחזר את המנגנונים המבוזרים המתוחכמים העומדים בבסיס תנועות הצמחים. הצוות השתמש במיוחד בכלי בינה מלאכותית מבוססי התנהגות, המורכבים מסוכני מחשוב מבוזרים המשולבים במבנה מלמטה למעלה.
"החידוש של הבקר בהשראת הביולוגית שלנו טמון בפשטות שלו, שבה אנו מנצלים את הפונקציות המכניות הבסיסיות של זרוע הרובוט הרכה כדי ליצור את התנהגות ההגעה הכוללת", אמר דונאטו. "באופן ספציפי, זרוע הרובוט הרכה מורכבת מסידור מיותר של מודולים רכים, שכל אחד מהם מופעלים באמצעות שלשה של מפעילים מסודרים רדיאלית. ידוע שעבור תצורה כזו, המערכת יכולה ליצור שישה כיווני כיפוף עקרוניים".
סוכני המחשוב העומדים בבסיס התפקוד של הבקר של הצוות מנצלים את המשרעת ואת התזמון של תצורת המפעיל כדי לשחזר שני סוגים שונים של תנועות צמחים, המכונה סיבוב ופוטוטרופיזם. סיבובים הם תנודות הנצפות בדרך כלל בצמחים, בעוד שפוטוטרופיזם הן תנועות כיווניות המקרבות את הענפים או העלים של הצמח אל האור.
הבקר שנוצר על ידי דונאטו ועמיתיו יכול לעבור בין שתי התנהגויות אלו, ולהשיג שליטה רציפה של זרועות רובוטיות המשתרעות על פני שני שלבים. הראשון מבין השלבים הללו הוא שלב חקירה, שבו הזרועות חוקרות את סביבתן, ואילו השני הוא שלב הגעה, שבו הן נעות כדי להגיע למיקום או אובייקט רצויים.
"אולי ההנחה החשובה ביותר מהעבודה המסוימת הזו היא שזו הפעם הראשונה שבה אפשרו זרועות רובוטים רכות מיותרות להגיע ליכולות מחוץ לסביבת המעבדה, עם מסגרת בקרה פשוטה מאוד", אמר דונאטו. "יתר על כן, הבקר ישים לכל רךרוֹבּוֹטזרוע סיפקה הסדר הפעלה דומה. זהו צעד לקראת השימוש באסטרטגיות חישה משובצות ובקרה מבוזרת ברובוטים רצפים ורכים".
עד כה, החוקרים בדקו את הבקר שלהם בסדרת בדיקות, תוך שימוש בזרוע רובוטית מונעת בכבלים מודולרית, קלת משקל ורכה עם 9 דרגות חופש (9-DoF). התוצאות שלהם היו מבטיחות ביותר, שכן הבקר אפשר לזרוע גם לחקור את סביבתה וגם להגיע למיקום יעד בצורה יעילה יותר מאסטרטגיות בקרה אחרות שהוצעו בעבר.
בעתיד, ניתן יהיה ליישם את הבקר החדש על זרועות רובוטיות רכות אחרות ולבדוק הן במעבדה והן בהגדרות בעולם האמיתי, כדי להעריך עוד יותר את יכולתו להתמודד עם שינויים סביבתיים דינמיים. בינתיים, דונאטו ועמיתיו מתכננים לפתח עוד יותר את אסטרטגיית השליטה שלהם, כך שהיא תוכל לייצר תנועות והתנהגויות זרוע רובוטיות נוספות.
"כרגע אנו מחפשים לשפר את היכולות של הבקר כדי לאפשר התנהגויות מורכבות יותר כמו מעקב אחר מטרות, שילוב זרועות שלמה וכו', כדי לאפשר למערכות כאלה לתפקד בסביבות טבעיות לפרקי זמן ארוכים", הוסיף דונאטו.
זמן פרסום: יוני-06-2023