Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Khái niệm “Grey Goo”, một robot bao gồm hàng tỷ hạt nano, đã mê hoặc người hâm mộ khoa học viễn tưởng trong nhiều thập kỷ. Nhưng hầu hết các nhà nghiên cứu đã bác bỏ nó vì họ nghĩ chỉ là một lý thuyết hoang dã. Các robot hiện tại thường là các thực […]
Khái niệm “Grey Goo”, một robot bao gồm hàng tỷ hạt nano, đã mê hoặc người hâm mộ khoa học viễn tưởng trong nhiều thập kỷ. Nhưng hầu hết các nhà nghiên cứu đã bác bỏ nó vì họ nghĩ chỉ là một lý thuyết hoang dã.
Các robot hiện tại thường là các thực thể độc lập được tạo thành từ các thành phần phụ thuộc lẫn nhau, mỗi thành phần có một chức năng cụ thể. Nếu một phần thất bại, robot ngừng hoạt động. Trong bầy robot, mỗi robot là một cỗ máy hoạt động độc lập.
Trong một nghiên cứu mới được công bố hôm nay trên tạp chí Nature , các nhà nghiên cứu tại Columbia Engineering và MIT Computer Science & Artificial Intelligence Lab (CSAIL), lần đầu tiên chứng minh một cách chế tạo robot bao gồm nhiều thành phần ghép lỏng lẻo hoặc “hạt”. Không giống như robot swarm hoặc mô-đun, mỗi thành phần là đơn giản và không có địa chỉ hoặc danh tính riêng. Trong hệ thống của họ, mà các nhà nghiên cứu gọi là “robot hạt”, mỗi hạt chỉ có thể thực hiện các dao động thể tích đồng nhất (hơi giãn ra và co lại), nhưng không thể di chuyển độc lập.
Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi Hod Lipson, giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Columbia Engineering, và Giám đốc CSAIL, Daniela Rus, đã phát hiện ra rằng khi họ nhóm hàng ngàn hạt này lại với nhau thành một cụm “dính” và khiến chúng dao động trong phản ứng với nguồn sáng, toàn bộ robot hạt từ từ bắt đầu tiến về phía trước, hướng về phía ánh sáng.
“Bạn có thể nghĩ robot mới của chúng tôi là hoạt ngôn viên ” Grey Goo “, Lipson nói.” Robot của chúng tôi không có điểm thất bại duy nhất và không có sự kiểm soát tập trung. Nó vẫn còn khá sơ khai, nhưng bây giờ chúng ta biết rằng mô hình robot cơ bản này thực sự có thể. Chúng tôi nghĩ rằng nó thậm chí có thể giải thích làm thế nào các nhóm tế bào có thể di chuyển cùng nhau, mặc dù các tế bào riêng lẻ không thể. “
Các nhà nghiên cứu đã chế tạo robot tự trị trong hơn một thế kỷ, nhưng đây là những cỗ máy phi sinh học không thể phát triển, chữa lành hoặc phục hồi sau khi bị hư hại. Nhóm Columbia Engineering / MIT đã tập trung vào phát triển các robot mạnh mẽ, có thể mở rộng, có thể hoạt động ngay cả khi các thành phần riêng lẻ bị hỏng.
“Chúng tôi đã cố gắng suy nghĩ lại về cơ bản cách tiếp cận robot của chúng tôi, để khám phá liệu có cách nào để tạo ra robot khác biệt hay không”, Lipson, người chỉ đạo phòng thí nghiệm Creative Machines nói. “Không chỉ làm cho robot trông giống như một sinh vật mà còn thực sự xây dựng nó giống như một hệ thống sinh học, để tạo ra một thứ gì đó rộng lớn về độ phức tạp và khả năng bao gồm các phần cơ bản đơn giản.”
Rus, cũng là Giáo sư Khoa học Điện và Khoa học Máy tính của Andrew (1956) và Erna Viterbi tại MIT, nói thêm: “Tất cả các sinh vật trong tự nhiên đều được tạo ra từ các tế bào kết hợp theo những cách khác nhau để tạo ra các sinh vật. Chúng tôi hỏi là, liệu chúng ta có thể tạo ra các tế bào robot có thể được cấu tạo theo nhiều cách khác nhau để tạo ra các robot khác nhau không? Robot có thể có hình dạng tốt nhất theo yêu cầu – một con rắn bò qua đường hầm hoặc máy ba tay cho một nhà máy Chúng ta thậm chí có thể cho những robot hạt này khả năng tự tạo ra. Giả sử, ví dụ, robot cần một trình điều khiển vít từ bàn – trình điều khiển vít quá xa để tiếp cận. Điều gì xảy ra nếu robot có thể cải tổ các tế bào của nó phát triển thêm một cánh tay dài? Khi mục tiêu của nó thay đổi, cơ thể của nó cũng có thể thay đổi. “
Nhóm nghiên cứu, làm việc với Chuck Hoberman tại Viện Wyss của Harvard và các nhà nghiên cứu khác tại Cornell, đã sử dụng nhiều thành phần hoặc hạt giống nhau, có thể thực hiện một chuyển động đơn giản như mở rộng và co lại. Trong các mô phỏng, họ đã chứng minh robot bao gồm 100.000 hạt. Thực nghiệm, họ đã chứng minh một hệ thống bao gồm hai chục hạt.
“Các hạt gần với nguồn sáng trải nghiệm ánh sáng mạnh hơn và do đó bắt đầu chu kỳ của chúng sớm hơn”, Shuguang Li, đồng tác giả đầu tiên của bài báo thực hiện các thí nghiệm vật lý. Li, người từng là nghiên cứu sinh trong phòng thí nghiệm cũ của Lipson tại Cornell và hiện đang là một postdoc với Rus tại CSAIL, tiếp tục. “Chuyển động đó tạo ra một loại sóng trong toàn cụm, từ những tia gần với ánh sáng đến những tia xa hơn và sóng đó làm cho toàn bộ cụm di chuyển về phía ánh sáng. Chuyển động về phía ánh sáng tạo ra một chuyển động toàn cầu, mặc dù là từng cá thể các hạt không thể di chuyển độc lập. “
Mô hình hóa hành vi này trong các mô phỏng, họ đã khám phá việc tránh chướng ngại vật và vận chuyển vật thể ở quy mô lớn hơn, với hàng trăm và hàng ngàn hạt. Họ cũng có thể chứng minh khả năng phục hồi của mô hình robot hạt của họ đối với các thành phần ồn ào và thất bại cá nhân.
“Chúng tôi thấy rằng các robot hạt của chúng tôi duy trì khoảng một nửa tốc độ hoạt động đầy đủ của chúng ngay cả khi 20% các hạt đã chết”, Richa Batra, đồng tác giả đầu tiên của bài báo và nghiên cứu sinh của Lipson, người đứng đầu nghiên cứu mô phỏng cho biết.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm hệ thống của họ với số lượng hạt quy mô cm lớn hơn. Họ cũng đang khám phá các dạng robot hạt khác, chẳng hạn như kính hiển vi rung.
“Chúng tôi nghĩ rằng một ngày nào đó có thể tạo ra những loại robot này từ hàng triệu hạt nhỏ, giống như các microbead phản ứng với âm thanh hoặc ánh sáng hoặc độ dốc hóa học”, Lipson nói. “Những robot như vậy có thể được sử dụng để làm những việc như dọn dẹp các khu vực hoặc khám phá các địa hình / cấu trúc không xác định.”
Video: https://www.youtube.com/watch?v=wrDdqjQvaoA
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Trường Đại học Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Columbia . Bản gốc được viết bởi Holly Evarts. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :