هذه المقالة بامتنان خاص لدعم أستاذ مساعد الهندسة الهندسة الميكانيكية في جامعة جونز هوبكنز، لى تشن معين.

الصراصير هل تعلم أن؟ فإن الشخص العادي ويقول أن هذا هو آفة، بسرعة مضاعفة، ولكن أيضا انتشار البكتيريا، ويقول علماء الحشرات الصراصير ينتمي المفصليات، Insecta، Blattodea (Blattaria) مسطح الجسم، البني الداكن، ومن جامعة بكين وهو حاليا أستاذ مساعد في كلية الهندسة في الهندسة الميكانيكية من جامعة جونز هوبكنز، فإن لى تشن القول، عن طريق محاكاة مسارات صرصور الروبوت يمكن الحصول على المزيد من الحركة.

في فبراير من هذا العام، لى تشن على نشر "الإلهام الأحيائي وبيوميميتيقا" مجلة ورقتين بعنوان بأنها "المطبات في التضاريس، والتفاعل بين الجسم والحشرات الأرض وروبوت متعدد أرجل" التفاعل (الجسم التضاريس يؤثر كبير عثرة اجتياز الحشرات والروبوتات أرجل) و "متعددة أرجل نموذج ديناميكية الحشرة الروبوت وعند عبور فجوة ضخمة" (اجتياز ديناميكية فجوات كبيرة عن طريق الحشرات والروبوتات تدب يكشف قالب).

في الورقة الأولى، واشار لى تشن إلى أن الحشرات روبوت متعدد تدب عند عبور التضاريس الصعبة، ومواجهة العقبات الرئيسية، التي يجب أن تمر عبر بسرعة. ولكن في هذه العملية، والجسم الحشرات سوف تكون الروبوتات متعددة أرجل والعقبات في اتصال. القائمة نقطة النتائج العلمية للعرض، ويصف العلماء هذه العملية هي لوالتفاهم تفتقر، على سبيل المثال، الروبوت أي نوع من الأداء يمكن أن تكون العقبات معبر محددة للغاية وتصل بذلك.

لحل هذه المشكلة، قام لى تشن وباحث ما بعد الدكتوراه شون W. غارت من البحوث. اختاروا موضوع المراقبة صرصور لأن الصراصير في عملية تشغيل سريع، أعلى أربع مرات مما كان يمكن أن تمر عبر ذيل عقبة، أكثر بكثير من الروبوت متعددة أرجل الحالية يمكن أن تحقق المستوى.

في البداية، يرى فريق البحث أن الغموض قد طعنة الساق صرصور. ومع ذلك، شوكة طرسوس القدم هو في الواقع الحواس، على غرار العين البشرية والأنف والفم. هذه العمود الفقري لديهم مشاعر وظيفة حاسة الشم، في العثور على الطعام والعثور على الزوج، وكذلك مشاعر الصوت، وظيفة الاهتزاز، لتجنب الحيوانات المفترسة.

لأنه ليس من هذه الأشواك، ثم الجواب سيكون بالضبط ما هو عليه؟ شون شين لى ثم إعداد صناديق شفافة مختومة، وهناك صندوقين، "تتبع"، والمسارات والمطبات هي عملاق المسار الفجوة، من خارج منطقة الجزاء هو كاميرا عالية السرعة. عادة ما تستخدم هذين المسارين لالصراصير تقليد البيئة المعيشية لمراقبة أفضل للعادات هذه الحشرات.

تكنولوجيا التخلص من الشكل شو بوسطن ديناميكس وتعميم مشية مميزة

وفي وقت لاحق، وجدوا أن القانون ليس الصراصير مشية نفس وصرصور تقليد التقليدي تصميم الروبوت ستة أرجل الذكر. الروبوت التقليدية المستخدمة مشية يسمى بالتناوب مشية الثلاثي، أي ستة أرجل قسمت الى مجموعتين على جانبي الجسم، وهيكل الدعامات بالتناوب الثلاثي إلى الأمام. ترك الجانب الامامي من الجسم والقدم الخلفية والجانب الأيمن هو مجموعة، أمام الجانب الأيمن، والقدم الخلفية اليسرى إلى مجموعة أخرى، تشكيل لجنتين الأقواس المثلثة .

عندما مجموعة من المثلثات في جميع الدعامات في حين رفع القدم، ومجموعة أخرى من ثلاثة أقواس القدم الثلاثي لا يزال قائما تدعم الجسم، ثم مركز الثقل إلى الأمام، وقدم كنقطة ارتكاز وانتقلت إلى الأمام في حين أن مركز الثقل يقع على الجسم مجموعة أخرى من ثلاثة صاحب القدم الثلاثي، ثم كرر العملية السابقة للمجموعة، هذه الحركة بالتناوب بحيث الجسم إلى الأمام.

تحتاج النقالة الروبوتات متعددة أرجل لضمان ثلاثة أشياء: راض 1. الجسم الحركة القيد ؛. 2 يمكن ضمان أن تقع على نهاية أرجوحة في الساقين والقدمين قبالة نقطة القدم؛ 3. ضمان الهيئة لديها هامش ما يكفي من الاستقرار. بشكل عام، والروبوت متعددة أرجل من أجل تحقيق ثاني ونقطة ثالثة تحتاج إلى ضبط باستمرار ضعية الجسم، وهذا هو عملية معقدة وغير مستقرة، وسوف تؤثر على كفاءة المشية الروبوت، مما يقلل من نسبة نجاح فوق العقبات.

FIG الثلاثي الحشرات مشية شو

في الواقع، الصراصير مشية خاصة جدا، جنبا إلى جنب مع تقديرات نموذج زخم المشهد بعد، وجاء لى تشن وشون إلى استنتاج: والصراصير روبوت متعدد تدب عند عبور العقبات، والحفاظ على انخفاض زوايا ارتفاع ياو الأولية والمشية زاوية الملعب الأولية سيجعل نسبة نجاح عبور عالية، وأكثر قدرة على اختراق منطقة وعرة والمزيد من العقبات. ولذلك، فإنها تحسين مشية بالتناوب الثلاثي التقليدية، ومشية عبر ذروة جديدة 75 أعلى مما كانت عليه في الماضي.

عبر الفجوة

في ما سبق، ذكرنا أن فريق البحث أعد مسارين لالصراصير. المسار الأول هو أن نلاحظ كيف أن الصراصير من خلال الحاجز، بينما يستخدم الدائرة الثانية لنلاحظ كيف الصراصير عبر الفجوة.

لذلك، وفي الدراسة الثانية، لى تشن التركيز على التغذية الراجعة. ردود الفعل الفطرة والصراصير وظيفة لا ارادي، والروبوتات ردود الفعل أساسا من المعرفة المسبقة والرصد البيئي الإخلاص. ومع ذلك، في التضاريس المعقدة، هو التخطيط أجهزة الاستشعار والطريق المحتمل أن تكون منزعجة عرض النطاق الترددي غير مؤات، والضوضاء، وما إلى ذلك، بحيث فشل الجهاز.

ويتكون التخطيط التقليدي أساسا من جزئين: الجسم والجسد من مساحة العمل لحل تعديل الميكانيكية. الجزء الرئيسي من العمل على حل المنهج التحليلي العددي التقليدي، في ضوء هذه الخوارزمية ينطوي على عدد من تحليل الحركة العكسية، وبالتالي ليست فعالة جدا. على الرغم من أنك يمكن استخدام طريقة مونت كارلو لتفادي حل المشاكل عكسية، ولكن في التضاريس غير مستو، لا تزال غير فعالة. عندما قال الاتحاد مساحة العمل مطلوب الجسد بالسهر حركة ثلاث نقاط.

عندما الروبوت عبر الفجوة تحتاج أيضا إلى النظر في شيء آخر، هذا هو محور الطريق حركة . ارتفاع الجسم هو معلمة مهمة في الطريق، مع الزيادة في ارتفاع الجسم، والقدم الروبوت في نهاية المطاف مساحة أصغر وأصغر، فإن ذلك سيكون سببا أكثر وأكثر باختصار المسافة عبر الفجوة.

التي لوحظت الصراصير، وجد فريق البحث أن الصراصير يمكن بسرعة كبيرة من خلال الجسم ويكاد يكون من فجوة طويلة، قبل عبور الوقت، لا الصراصير تم قياس حجم الفجوة. أثار هذا التصرف فضول العلماء، حتى أنها تجمع عالية السرعة والتصوير الفوتوغرافي ونموذج ثلاثي الأبعاد، وضعت القبض على اقتراح نماذج التنبؤ الحركة.

هذا النموذج يمكن أن تساعد متعددة الأرجل زاوية السيطرة الروبوت ياو وزاوية الملعب عند عبور الفجوة، وبالتالي تحسين المسافة المعبر. وفقا لمقدمة من الفريق، يمكن للحركة التقاط الحركة نموذج التنبؤ تحقيق ما يصل الى 50 من المسافة عبر الترقية.

البحوث التطبيقية

وقال لى تشن يونيو DT، وأهم مختبر البحوث الحيوانية ميكانيكا / الروبوتات والتفاعلات بيئة الأرض ثلاثية الأبعاد المعقدة، مثل:

الحشرات : ستون الغابات الاستوائية المطيرة في فروع العشب / شجيرة / شجرة أوراقها / الحصى، كومة الجبلية / غروف.

للروبوت متعدد أرجل : زلزال / فلاش الفيضانات والانهيارات الأرضية وانهيار المباني / الأنقاض، غرفة كاملة من الأشياء / مستودع، الهيكل الضيق البناء (الأنابيب، ونظام التهوية).

وفي الوقت نفسه، اشار لى تشن بها، وقد ركزت الغالبية العظمى من البحوث حول كيفية السيطرة على الروبوت الروبوتية العقبات الالتفافية / تجنب و لا مدى نجاح عبروا (مثل المركبات الذاتية لتجاوز كل العقبات). هذا هو لأننا لا تحسين النموذج الميكانيكي لتوجيه تصميم ومراقبة طريقة آلية للروبوت على أرض الواقع من خلال بيئة معقدة، والاعتماد على مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار لالعقبات معنى ولتجاوز لهم.

قال لى تشن "نشرت للتو مقالين هي أول محاولة لدينا لدراسة نوعين من بسيطة بيئة الأرض ثلاثية الأبعاد (فراغات كبيرة وخطوات كبيرة). لقد وجدنا أن لا بسرعة إلا من خلال آليات كل من التضاريس أيضا تطبيق هذه المبادئ على تحسين الروبوت يمكن توسيع نطاق أكبر عقبة، لأن لدينا نموذج بسيط جدا (درجة منخفضة من الحرية، لا يشمل الساقين أو المفاصل الأخرى)، أنا وقد اكتشف هذه الميكانيكا أيضا ينطبق على مساعدة (مثل السيارات) أنواع أخرى من الروبوتات مساعدتهم من خلال التضاريس. "

روبوت متعدد أرجل هو في الواقع أسهل مما كنت اعتقد أنها تبدو أهمية كبيرة في دراسة مشية وعرة التضاريس، خاصة بعد جهود الاغاثة من الكوارث. الروبوتات الإنقاذ الحالية ليست الروبوتات الذكية، والحاجة للتحكم عن بعد اليدوي من أجل استكمال أعمال البحث والإنقاذ. إذا كان الروبوت متعددة أرجل يمكن أن تمر عبر مناطق وعرة ليجد نفسه بجروح، ودورة الإنقاذ سيتم اختصارها إلى حد كبير. في بعض الأحيان، مجرد ثانية أو اثنتين أبطأ، قد تفقد الحياة.

وبالإضافة إلى ذلك، الروبوتات متعددة أرجل أيضا البحث عن النظامي خارج الأرض. والروبوت إنقاذ على غرار فضاء البحث الحالي روبوت متعدد تدب الحالية ليست ذكية، لا تزال تحتاج إلى تشغيل عن بعد اليدوي.

الشكل شو ترك للASV، والحق في جنكيز II

في اثنين من التطبيقات أعلاه، الروبوت عجلات لها مكان. ومع ذلك، الأرض الروبوتات متعددة أرجل أكثر مرونة، الغنية زائدة حركته، مشية معقدة لا يمكن أن يتحقق. هذه الميزة، في الكترونية الروبوت متعددة أرجل الذين تم تضخيم، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في جنكيز 1990 تطوير التصميم II الأداء الكترونية الروبوتات متعددة أرجل، ما هو أبعد من 1986 الروبوت ستة ارجل التعليق التكيفي السيارات (ASV). وهذا الأخير لا يجتمع إلا كل صفات الروبوتات متعددة أرجل، وفي مواجهة وعرة التضاريس ظلت مستقرة.

أكثر استقرارا أو أسرع؟

نتائج فريق البحث هي الروبوتات متعددة تدب في دعم مشية جديدة، فضلا عن نماذج جديدة، والتي تمتد المزيد من العقبات، من خلال فجوة أعلى، لكنها لم تقدم الكثير من التركيز على هذا البحث في الروبوت الوجه تعزيز سرعة السفر من التضاريس المعقدة.

وذلك لأن في دورة المشية، وكلما زاد عدد الساق سوينغ، على الرغم من أنها ستعزز سرعة السفر للروبوت، ولكن أيضا يقلل من استقرار مشية الروبوت. في نتائج الفريق، فإنها تميل إلى التطبيق العملي. الاستقرار المنخفض من المنتج غير مناسب للاستثمار في هذا المجال، فإنه عادة ما يسافر التركيز على البحوث سريع الروبوت عجلات.

لى تشن منذ عام 2012، بداية المشي الدراسة صرصور، وقال: الإلهام يأتي من دراسة الصراصير شوهدت تتحرك في فوضى من التضاريس ثلاثية الأبعاد، هذه العقبات أكثر بكثير من حجم حجم الصراصير، وكانوا قادرين على عبور الحاجز للوصول إلى الوجهة.

وهو يخطط لتكون مشتتة أكثر عشوائيا في التضاريس المعقدة الاستثمار في البحوث، من أجل الحصول على الدراسات العليا. "نحن الآن بصدد توسيع حركة البحث أكثر أنواع أخرى من بيئة الأرض معقدة ثلاثية الأبعاد، التجارب على الحيوانات مزيد من الأنظمة، والروبوتات التجربة، والنمذجة المادي لتعميق وتعزيز فهم آليات التفاعل بين البيئة والأرض المعقدة (Terradynamics)."

" نأمل في نهاية المطاف أنه من خلال بحثنا أساسي لمساعدة الناس أفضل تصميم والسيطرة على الأرض الروبوت من خلال (بدلا من الالتفافية / تجنب) مثل أرضية بيئة معقدة مثل الديناميكا الهوائية والهيدروناميكا (الديناميكا الهوائية والهيدروناميكا) يساعدنا على فهم كيفية الحيوانات والسباحة وتحلق تصميم الطائرات / الروبوتات الطائرة والسفينة / غواصة / تحت الماء الروبوتات. "

هاتين الدراستين هو أشبه أداة في مجال الروبوتات متعددة أرجل، لتطوير واستخدام الروبوتات في متعددة أرجل، والطرق الالتفافية تكون قادرة على تحقيق مستوى أعلى من الأداء. هذا مما لا شك فيه تعزيز حجر الأساس الصناعي لهذه المنطقة. ومع ذلك، لا يزال هناك بعض المسافة بين الأبحاث لإنتاج النهائي، مثل جسم الطائرة "طريق مسدود"، تشكل اقتران فعال وهلم جرا.