Умные микророботы учатся общаться и сотрудничать в воде

На главном этапе к интеллектуальным и совместным микробозным системам исследователи из исследовательского центра материалов, архитектур и интеграции наносембранов (основных) в Технологическом университете Хемниц разработали новое поколение автономных микроботов – территории, которые могут общаться, реагировать и работать вместе в водной среде.

Эти крошечные устройства, каждая в миллиметре, полностью интегрированы с бортовой электроникой, датчиками, приводами и энергетические системыПолем Они способны получать и передавать оптические сигналы, реагировать на стимулы движением и обмениваться информацией с другими микророботами в их окрестностях.

Результаты опубликованы в Научная робототехникав бумаге под названием “3D -модульные микророботы SI с помощью SI с интеллектуальной связи в натуральных водных средах. “

В отличие от предыдущих поколений микророботов, которые полагались на гораздо большие беспроводные настройки управления, чтобы смягчить ограниченную функциональность в борту, микророботы Smartlet питаются интегрированными фотоэлектрическими ячейками, контролируемые крошечными микрочипами и способны к оптической связи посредством встроенных микро-подлетов и фотодиодов.

«Впервые мы демонстрируем автономную микроботическую платформу, которая не только ощущает и движется в воде, но и взаимодействует с другими микророботами полностью программируемым и автономным образом»,-объясняет профессор Оливер Г. Шмидт, один из соответствующих авторов исследования и научного директора Main.

https://www.youtube.com/watch?v=n6an5qizjb8

Микророботы строятся с использованием гибкого подхода, вдохновленного ориг, основанным на интеллектуальных многослойных материалах, позволяющих плоской электронной системе катиться и складывать в крошечный 3D-куб, украшенный крошечным, с внутренней и внешней функциональностью. Это открывает дополнительное поверхностное пространство, необходимое для каждого куба, чтобы переносить свой собственный сборщик солнечной энергии, вычислительную логику и систему оптической сигнализации, в дополнение к взаимодействию внешних грани и внутренней локомоции.

При погружении в воду эти умныелет могут двигаться вверх и вниз, сил плавучесть, создаваемые двигателями, генерирующими пузырьки, которые заполняют полый интерьер Smartlet газом. Они также могут излучать импульсы Оптические сигналы Для трансляции инструкций другим умным устройствам поблизости.

Эта настройка позволяет мульти-роботическим взаимодействиям в воде, включая движущееся стимулы, синхронизацию и координацию между несколькими смартлетами. Например, когда один блок получает легкий сигнал, он может декодировать информацию, используя свой бортовой процессор, запуская скоординированное движение или поведение в других.

«Идея использования света в качестве энергии и информации открывает компактный и масштабируемый способ создания распределенных роботизированных систем»,-добавляет доктор Vineeth Bandari, совместный автор и руководитель исследовательской группы в Main.

Одно из ключевых инноваций заключается в использовании Smartlets «беспроводной коммуникационной цикл», которая не требует каких -либо внешних камер, магнитов или антенн.

Оптические сообщения интерпретируются локально на каждом роботе с использованием логики, кодируемой пользовательской кодировкой, хранящейся на их микрочипах. Smartlets используют инновационные мягкие связывания для оригами, для прикрепления пользовательских микроскопических кремниевых чипов, называемых Lablets, которые были разработаны в более раннем проекте, возглавляемом профессором доктором Джоном МакКаскиллом, совместным автором и членом Main. Это позволяет децентрализованному контролю и сотрудничеству – основной основе для создания роботизированных коллективов, которые ведут себя скоординированным, но гибким способом.

Помимо лаборатории, потенциальные применения таких микроботов широко распространены. Поскольку они не являются беспрепятственными, биосовместимыми и способными реагировать на экологические сигналы, эти устройства могут однажды помочь в таких задачах, как мониторинг Качество водывыполнение минимально инвазивной медицинской диагностики или исследования ограниченной биологической среды.

Их способность формировать интерактивные, чувствительные к стимулам колонии, также можно использовать в мягкой робототехнике, системах автономных осмотров или распределенных зондировании.

Доктор Йеджи Ли, соавтор и специалист по активной многослойной микропрофильке, чей недавно завершен доктор философии. Исследования предоставили жизненно важные вклад, подчеркивает, что эта работа – только начало. «Мы исследуем способы дальнейшего повышения автономии, добавляя модули химического и акустического зондирования. Эти умные устройства могут развиваться в многофункциональные платформы, которые чувствуют, действуют и адаптируются в сложных жидких средах».

С нетерпением жду, команда представляет прогрессивную эволюцию этих микроботов в динамические системы, которые напоминают колонии цифровых организмов. Так же, как зооиды у колониальных животных, таких как сифонофоры, каждый умныйлет может выполнять специализированную функцию – поражение, общение, перемещение – и вместе образуют возникающий роботизированный организм.

“Мы все еще далеки от создания Искусственная жизнь«Предостерегает профессор Джон МакКаскилл, который был директором -основателем Европейского центра живых технологий в Венеции», но мы начинаем видеть, как распределенные интеллектуальные и модульные оборудование могут создавать системы, которые начинают отражать адаптивное, коммуникативное поведение живых коллектива ».

Создавая такие автономные, коммуникативные микроботы, команда Chemnitz не только решает фундаментальные проблемы в микророботике, но и закладывает основу для будущих систем, которые работают, развиваются и, возможно, даже самоорганизуются-внутри капель воды, тканевых каркасов или миниатюрных экосистемы.