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Jul 17, 2023

Eine Pflanze

Forscher des Brain-Inspired Robotics (BRAIR) Lab und der National University of Singapore haben eine von Pflanzen inspirierte Steuerung für Roboterarme entwickelt, mit der sie Aufgaben ausführen können

Forscher des Brain-Inspired Robotics (BRAIR) Lab und der National University of Singapore haben einen von Pflanzen inspirierten Controller für Roboterarme entwickelt, der es ihnen ermöglicht, Aufgaben in unstrukturierten, realen Umgebungen auszuführen. Weiche Roboterarme, die von knochenlosen Organismen wie Oktopustentakeln und Pflanzen inspiriert sind, bestehen aus flexiblen, leichten Materialien, die sich sanft elastisch verformen lassen und so nachgiebige und geschickte Bewegungen ermöglichen. Allerdings sind bestehende Steuerungen für weiche Roboterarme auf Laborumgebungen beschränkt und funktionieren in natürlichen und dynamischen Umgebungen nicht gut.

Um diese Einschränkung zu überwinden, schlugen die Forscher einen neuen Controllertyp vor, der von den Bewegungen und dem Verhalten von Pflanzen inspiriert ist. Entgegen der landläufigen Meinung bewegen sich Pflanzen mithilfe wachstumsbasierter Strategien aktiv von einem Punkt zum anderen. Die von den Forschern entwickelte Kontrollstrategie repliziert die dezentralen Rechenmechanismen, die für Pflanzenbewegungen verantwortlich sind.

Der bioinspirierte Controller nutzt dezentrale Computeragenten, die in einer Bottom-up-Struktur kombiniert sind. Es vereinfacht das allgemeine Greifverhalten des Soft-Roboterarms durch Ausnutzung der mechanischen Funktionen des Arms. Der Arm besteht aus einer redundanten Anordnung von Softmodulen, die jeweils durch eine Triade radial angeordneter Aktoren aktiviert werden. Diese Konfiguration ermöglicht es dem Arm, sechs Hauptbiegerichtungen zu erzeugen.

Die Rechenagenten im Controller nutzen die Aktuatorkonfiguration, um zwei Arten von Pflanzenbewegungen zu reproduzieren: Circumnutation und Phototropismus. Zirkumnutationen sind Oszillationen, die häufig bei Pflanzen beobachtet werden, während Phototropismus gerichtete Bewegungen in Richtung Licht beinhaltet. Durch die Implementierung dieser Bewegungsmuster kann der Roboterarm in unstrukturierten Umgebungen effektiv navigieren und Aufgaben erledigen.

Der von Pflanzen inspirierte Controller bietet Einfachheit und Effizienz in seinem Design und nutzt die grundlegenden mechanischen Eigenschaften des Soft-Roboterarms. Es bietet weichen Roboterarmen die Möglichkeit, Aufgaben auszuführen, die das Erreichen bestimmter Orte oder Objekte erfordern, die für starre Roboter möglicherweise unzugänglich sind. Die dezentrale Struktur des Controllers ermöglicht ein robustes und anpassungsfähiges Verhalten, und seine bioinspirierte Natur ermöglicht einen sicheren Betrieb bei potenziell niedrigen Kosten.

Die Entwicklung dieser von Pflanzen inspirierten Steuerung markiert einen bedeutenden Schritt in Richtung des Einsatzes weicher Roboterarme in realen Anwendungen. Indem sie sich von der Natur inspirieren lassen, können Forscher die inhärenten Fähigkeiten von Pflanzen und Tieren nutzen, um die Leistung von Robotersystemen zu verbessern. Diese Pionierarbeit eröffnet neue Möglichkeiten für die Robotik in verschiedenen Branchen, in denen Roboter in Umgebungen navigieren und arbeiten können, die zuvor schwierig oder unzugänglich waren.