Amöbenähnliche Roboter für Suche und Rettung

Robotiker der Virginia Tech in Blacksburg, VA, haben eine neuartige Fortbewegungsform für die Robotik entwickelt, die auf der Art und Weise basiert, wie sich die einzellige Amöbe fortbewegt. Im Gegensatz zu allen anderen Robotern sind die Virginia Tech-Roboter darauf ausgelegt, ihre gesamte Außenhaut als Antrieb zu nutzen.

Blob-Bot: Inspiriert von der einfachen Amöbe haben Forscher der Virginia Tech Roboter wie diesen Prototyp gebaut, die sich bei Such- und Rettungsaufgaben in enge Stellen quetschen können.

Toroid in der Form – ein bisschen wie ein länglicher zylindrischer Donut – unterscheiden sich Roboter dieser neuen Rasse von Bots mit Rädern, Raupen oder Beinen dadurch, dass sie sich bewegen, indem sie sich ständig von innen nach außen drehen, sagt Dennis Hong , ein Assistenzprofessor für Maschinenbau an der Virginia Tech. Die gesamte Außenhaut bewegt sich, sagt er.



Diese neuartige Fortbewegungsart sei besonders für Such- und Rettungseinsätze geeignet, sagt Hong: Sie können sich sehr leicht unter eine eingestürzte Decke oder zwischen Hindernissen hindurchzwängen. Tatsächlich zeigten erste Experimente, dass die Roboter mit ihren weichen, sich zusammenziehenden Körpern in der Lage sind, sich selbst durch Löcher zu stoßen, deren Durchmesser viel kleiner als ihre normale Breite ist, sagt Hong. Und weil die Roboter ihre gesamten Kontaktflächen für die Traktion nutzen können, können sie auch sehr unebene Umgebungen problemlos überwinden.

Die eigentliche Bewegung wird durch das Zusammenziehen und Ausdehnen von Aktuatorringen entlang des Roboterkörpers erzeugt. Indem sie die Ringe am Heck des Roboters zusammenziehen und nach vorne ausdehnen, können sie eine Bewegung erzeugen.

technologische Probleme der Welt

Dies sei sehr ähnlich dem Prinzip der Pseudopodien, die von einzelligen Organismen wie Amöben verwendet werden, sagt Hong. Dieses Prinzip besteht aus einem Prozess des zytoplasmatischen Strömens, bei dem das flüssige Endoplasma innerhalb der Zelle innerhalb einer halbfesten ektoplasmatischen röhrenförmigen Hülle vorwärts fließt. Wenn die Flüssigkeit die Vorderseite erreicht, verwandelt sie sich in das gelartige Ektoplasma, bildet eine Verlängerung dieser Röhre und bewegt den Organismus nach vorne. Gleichzeitig verwandelt sich das Ektoplasma an der Rückseite der Röhre in das flüssige Endoplasma und nimmt die Rückseite ein.

Um eine ähnliche Art von Bewegung zu erzeugen, verwendeten Hongs anfängliche Experimente Roboter, die aus flexiblen toroidförmigen Membranen bestanden, die mit Antriebsringen aus entweder elektroaktivem Polymer oder unter Druck stehenden Schläuchen ausgekleidet waren. Aber jetzt, mit der Finanzierung durch ein neues Stipendium der National Science Foundation, hat Hong die Verwendung elastischer Membranen zugunsten robusterer Designs aufgegeben. Aus Gründen des geistigen Eigentums lehnt er es ab, diese Entwürfe im Detail zu diskutieren. Er sagt jedoch, dass es sich bei dieser neuesten Arbeit um starre mechanische Teile handelt, die so miteinander verbunden sind, dass diese Art von Bewegung möglich ist. Es ist wie ein 3-D-Tankprofil, sagt er.

Es ist eine interessante Idee, sagt Henrik Christensen , Professor für Robotik und Direktor für Robotik und intelligente Maschinen am Georgia Institute of Technology in Atlanta. Wir brauchen wirklich bessere Fortbewegungsmechanismen für Roboter. Räder und Ketten funktionieren gut, bis das Gelände sehr uneben wird, während die Beine langsam und schrecklich ineffizient sind, sagt er.

Dies ist nicht das erste Mal, dass Toroide als Teil eines Antriebssystems vorgeschlagen werden, sagt Andrew Adamatzky , Professor für unkonventionelles Computing an der University of the West of England in Bristol, Großbritannien. Aber die Verwendung elektroaktiver Polymere zur Erzeugung sich ausbreitender Kontraktionswellen macht diese neueste Forschung sehr interessant, sagt er. Diese experimentellen Designs eröffnen neue und spannende Perspektiven in der Robotik mit weichem Körper.

Mit weichen Körpern kommen jedoch neue Herausforderungen. Es ist beispielsweise nicht klar, wie man eine Stromversorgung, computergestützte Steuerungen und Sensoren integrieren würde. Die Prinzipien hier sind gut, aber das Engineering muss wirklich noch ausgearbeitet werden, sagt Christensen.

Hong räumt ein, dass mit seinen Robotern noch viele praktische Probleme zu lösen sind. Eine Lösung für viele Designprobleme besteht darin, die Stromversorgung, Controller, Sensoren und andere wichtige Teile in der Mitte des Toroids zu platzieren. Seine Form würde sicherstellen, dass diese Schlüsselteile an Ort und Stelle bleiben, während drahtlose Controller verwendet werden könnten, um die Kontraktionen der Ringe mithilfe von Induktionsschleifen für die Stromversorgung auszulösen, sagt Hong.

Der schwierigste Teil der Suche und Rettung besteht darin, Mechanismen zu entwickeln, die sich an wechselnde Terrains anpassen können, sagt Robin Murphy , Professor für Informatik und Ingenieurwissenschaften an der University of Florida und ehemaliger Direktor des Center for Robot-Assisted Search and Rescue in Tampa, FL. Es gebe jedoch mehr zu suchen und zu retten, als nur durch Lücken zu sickern, sagt sie.

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