วิศวกรยอมรับ: ธรรมชาติทำให้หุ่นยนต์ดีที่สุด

พี่เลี้ยงของฉันและฉันเดินเป็นเวลาห้านาทีผ่านโกดังเก็บของสมัยสงครามโลกครั้งที่สองที่คดเคี้ยวผ่านทางคดเคี้ยวของทางเดินสลัวและอ่าวรางถ้ำจากนั้นก็ผ่านห้องแล็บที่เต็มไปด้วยโครงกระดูกยานอวกาศท่ามกลางการสร้างต้นแบบ ในที่สุดเราก็มาถึงโต๊ะทำงานที่กองทัพเรือกำลังสร้าง … หุ่นยนต์กระรอก

"Squirrel" ยืดออกนิดหน่อยเนื่องจาก Meso-scale Robotic Locomotion Initiative (MeRLIn) รุ่นแรกที่สร้างขึ้นอย่างสมบูรณ์จะมีน้ำหนักประมาณ 10 ถึง 20 ปอนด์เมื่อเสร็จสิ้นฤดูใบไม้ผลินี้ - สัตว์ประหลาดของสัตว์ฟันแทะโดยคำจำกัดความของทุกคน . หุ่นยนต์ในรูปแบบปัจจุบันประกอบด้วยท่อเหลี่ยมและการวนซ้ำที่ 10 ของขาสุนัขที่มีข้อต่อซึ่งติดตั้งอยู่บนเสาอลูมิเนียมเลื่อน แบบจำลอง 3 มิติที่พิมพ์สีฟ้าสดใสใกล้เคียงแสดงให้เห็นว่ามันจะดูสมบูรณ์อย่างไร: เครื่องจักรที่ไม่มีหัวสี่ขาเกี่ยวกับขนาดของ Yorkshire terrier

แต่เมื่อวิศวกรของโครงการยิงขึ้นมาเพื่อให้การสาธิตฉันเห็นว่าทำไมพวกเขาถึงอ้างถึง MeRLIn เป็นกระรอก: แม้จะมีมอเตอร์ขนาดเล็กและลูกสูบขับเคลื่อนไฮดรอลิกของมันก็สามารถกระโดดได้เหมือนนรก

MeRLIn เป็นเพียงหนึ่งในหุ่นยนต์ล่าสุดที่มีสัตว์ที่ต้องขอบคุณแรงบันดาลใจของพวกเขา อาณาจักรสัตว์นั้นเต็มไปด้วยตัวอย่างของการสัมผัสและการเคลื่อนไหวที่ชาญฉลาดและมีประสิทธิภาพเป็นราชาในโลกที่ขับเคลื่อนด้วยแบตเตอรี่ที่มีกำลัง จำกัด ในการใช้งานของหุ่นยนต์อิสระ ยกตัวอย่างเช่นความสามารถในการเลียนแบบการกระโดดของจิงโจ้จะทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนระหว่างอำนาจและประสิทธิภาพในอุดมคติ: เส้นเอ็นในขาหลังที่น่ากลัวของสัตว์ประหลาดเหล่านี้จะเก็บพลังงานไว้ระหว่างการก้าวย่างทำให้สัตว์เดินทางไกลด้วยพลังงานที่ค่อนข้างน้อย

Photo: US Naval Research

ชีววิทยาอยู่เบื้องหลังการออกแบบหุ่นยนต์ที่ล้ำสมัยที่สุดในปัจจุบัน: ดูที่ Salto ของ UC Berkeley ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากพุ่มไม้แอฟริกันกระโดดสูงหรือต้นแมบบอทของมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียจำลองตามลำแสงโคโนสในอ่าว Chesapeake

มันง่ายที่จะดูว่าทำไม การออกแบบที่ได้แรงบันดาลใจทางชีวภาพนั้นมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนเมื่อพูดถึงการบรรลุภารกิจที่ปรับรูปแบบของมนุษย์ไม่ดี ตั้งแต่แมลงวันเล็กไปจนถึงปลาทะเลน้ำลึกและแม้กระทั่งจุลินทรีย์ (เซลล์เชื้อเพลิงบางตัวขับเคลื่อนโดยเคมีจุลินทรีย์) ธรรมชาติได้ปรับเปลี่ยนและปรับแต่งวิธีที่มีประสิทธิภาพอย่างน่าอัศจรรย์ในการทำงานให้สำเร็จ วิวัฒนาการหลายล้านปีทำให้สัตว์มีประสิทธิภาพอย่างไม่น่าเชื่อในงานที่พวกเขาทำ - การบินการกระโดดการเดินและการว่ายน้ำ การตรวจจับในสเปกตรัมที่มองไม่เห็น; และมีความสามารถมากกว่าที่เรายังไม่ได้ค้นพบ

แต่ไกลจากการเป็นแบบจำลองเชิงกลของสัตว์หุ่นยนต์ชีวภาพที่ถูกสร้างขึ้นในวันนี้กำลังก้าวเข้าสู่เป้าหมายของการกลั่นสารละลายทางชีวภาพที่สวยงามเหล่านี้ การผลักดันในขณะนี้คือการแยกวิเคราะห์ว่ากลยุทธ์เหล่านั้นคืออะไร, สอดมันลงในสาระสำคัญหลักของพวกเขาและควบคุมพวกเขาเพื่อจุดประสงค์ของเราเอง ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรกำลังสร้างส่วนประกอบที่สามารถเคลื่อนไหวได้ดีขึ้นโปรเซสเซอร์ที่สามารถคิดได้ลึกกว่าและเซ็นเซอร์ที่สามารถตรวจจับได้อย่างละเอียดยิ่งขึ้น แต่การรวมทั้งหมดเข้าด้วยกันเป็นแพคเกจที่ใช้งานได้จริงยังคงเป็นงานที่เข้าใจยาก

ล้มก่อนเดิน

ถ้า MeRLIn ดูคุ้นเคย - ก็ควร Glen Henshaw ผู้สำรวจนำของโครงการกล่าวว่าทีมของเขาไม่ได้ทำเรื่องกระดูกเกี่ยวกับข้อเท็จจริงที่ว่า MeRLIn ได้รับแรงบันดาลใจจากบรรพบุรุษที่มีขนาดใหญ่และหนักกว่าซึ่งพบว่ามีชื่อเสียงทางอินเทอร์เน็ตที่ดีรวมถึงบอสตัน L3 และ Big Dog และ MIT เสือชีต้า

ภาพถ่าย: ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐ / Victor Chen

สิ่งที่วิศวกรห้องปฏิบัติการวิจัยของกองทัพเรือตั้งเป้าไว้นั้นคือหุ่นยนต์ตัวเล็กที่เงียบกว่าและว่องไวกว่าและไม่จำเป็นต้องใช้นาวิกโยธินหนุ่มสองตัวที่รัดไว้เพื่อตั้งค่าเพื่อตรวจสอบอันตรายที่อาจเกิดขึ้น แต่การสร้าง MeRLIn นั้นไม่ง่ายเหมือนการย่อส่วนทั้งหมดเพื่อสร้างหุ่นยนต์ที่สามารถใส่ลงในเป้ทหารได้ นอกจากนี้ยังเป็นกระบวนการของการทำความเข้าใจวิธีการและเหตุผลการทำงานของท่าเดินบางอย่างทำไมท่าเหล่านั้นจึงเหมาะสมสำหรับภูมิประเทศที่แตกต่างกันและวิธีสร้างหุ่นยนต์ที่สามารถเรียนรู้ที่จะปรับและเลือกสิ่งที่ถูกต้อง

เมื่อมาถึงบัลลังก์ของ MeRLIn วิศวกรควบคุมโจเฮย์สได้ป้อนคำสั่งทดสอบหลายคำสั่งลงในคอมพิวเตอร์ทำให้กระตุกขาของหุ่นยนต์และกระตุก หลังจากที่เขาถอดเสาค้ำยันขาเดียวของ MeRLIn ยกร่างขนาดเท่าอิฐของมันภายใต้พลังของตัวเอง

ครู่ต่อมาด้วยอาการกระตุกของสายฟ้าขาเปิดตัว merRLin ขึ้นไปในอากาศเกือบสามฟุตนำทางขึ้นและกลับไปที่โต๊ะด้วยรางโลหะแนวตั้ง ทำแบบฝึกหัดนี้ซ้ำอีกสามครั้งหุ่นยนต์กระแทกเพดานของตู้ป้องกันหลังจากการกระโดดครั้งสุดท้ายที่ทรงพลังกระโดดลงอย่างแรงจนขาทรุดตัวลง

“ มีหลายอย่างที่เรายังไม่รู้เกี่ยวกับการเคลื่อนไหวของสัตว์ตรงไปตรงมา” Henshaw กล่าว "และเราไม่เข้าใจระบบประสาทและกล้ามเนื้อเช่นเดียวกับที่เราต้องการเรากำลังพยายามสร้างบางสิ่งโดยไม่ทราบว่ามันควรเดินอย่างไร"

ทีมยังคงหาทางแก้ปัญหากับระบบไฮดรอลิกอีกสองสามครั้ง แต่ก็พบว่าประสบความสำเร็จอย่างดีด้วยอัลกอริธึมแบบปรับตัวที่จะตรวจสอบและแก้ไขความไม่แน่นอนในวงจรของฮาร์ดแวร์ในอัตราหนึ่งครั้งต่อมิลลิวินาที พวกเขาคาดหวังว่าจะลองกระโดดจากพื้นดินไปยังโต๊ะทำงานภายในเวลาไม่กี่เดือน

ที่มหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียนั้น Avik De และ Gavin Kenneally ของ Minitaur เป็นรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนน้ำหนักเบาขนาดเล็กที่เพิ่งสร้างล่าสุดภายใต้การแนะนำของ Dan Koditschek ด้วยน้ำหนักเพียง 14 ปอนด์บอทตัวน้อยของพวกเขามีท่าเดินที่น่ารัก ความรักเริ่มเปลี่ยนไปอย่างรวดเร็วจนน่าแปลกใจเมื่อคุณดูวิดีโอการสร้างของพวกเขาปีนป่ายขึ้นบันไดปีนรั้วและกระโดดเพื่อปลดล็อคมือจับประตู

รูปถ่าย: หุ่นยนต์ผีมารยาท

De และ Kenneally ได้ทำการตัดบอทของพวกเขาอย่างรุนแรงด้วยการใช้ขาที่ขับเคลื่อนได้อย่างอิสระโดยตรงแทนที่จะใช้ขาแบบเกียร์ธรรมดา มอเตอร์ทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์ตอบกลับไปยังซอฟต์แวร์ของหุ่นยนต์ตรวจจับและปรับแรงบิดที่ส่งมอบ 1, 000 ครั้งทุกวินาที ผลที่ได้คือหุ่นยนต์ที่สามารถผูกติดกับช้าหรือเร็วไต่บันไดแล้วกระโดดขึ้นและแกว่งขาตั้งรอบ ๆ เพื่อขอมือจับประตูเพื่อเปิดมัน

แม้ว่ามันจะยังห่างไกลจากความเป็นอิสระการขาดเซ็นเซอร์และระบบควบคุมที่อนุญาตให้ใช้งานได้ฟรี แต่การกระทำ pogo-stick แบบ pogo-stick ที่ไม่เหมือนใครของ Minitaur แสดงให้เห็นว่าความคล่องตัวนั้นเป็นไปได้ มันทำมาจากชิ้นส่วนที่หาซื้อได้ทั่วไป

"ชัดเจนว่ามีแรงจูงใจมากมายสำหรับการมีขา ​​แต่สถานะของเทคโนโลยีในปัจจุบันยังไม่โตพอและมีราคาแพง" De กล่าวโดยอ้างถึงหุ่นยนต์ Atlas ของ Boston Dynamics ซึ่งมีความสามารถ แต่มีกรรมสิทธิ์และราคาแพงดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องง่าย การจำลองแบบ "เราต้องการสร้างหุ่นยนต์ที่คนอื่นสามารถเข้าถึงได้เพื่อให้พวกเขาสามารถลองใช้แพลตฟอร์มสำหรับแอปพลิเคชันของตนเอง"

โซลูชั่น Slithery

โฮวี่โชเซ็ตกลัวงู มันช่างน่าประหลาดใจอย่างยิ่งที่งานที่รู้จักกันดีที่สุดของเขาสามารถอธิบายได้ว่าเป็นงูมากที่สุด

Choset, รองศาสตราจารย์ที่ Carnegie Mellon University ใน Pittsburgh ได้ทำงานกับหุ่นยนต์งูมาตั้งแต่เขายังเป็นนักศึกษาปริญญาโทและเขาก็ประสบความสำเร็จ เขาเป็นผู้ดำเนินการ Robotics Institute ของมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ซึ่งเป็นห้องปฏิบัติการที่มีการสร้างสรรค์หลายอย่างที่ดำเนินการอยู่ในส่วนของงูซ้ำ เขายังเป็นบรรณาธิการวารสาร Science Robotics ที่ เพิ่งเปิดตัวและได้เขียนหนังสือเกี่ยวกับหลักการของการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์

และเพื่อไม่ให้ยุ่งเขายังได้ก่อตั้ง บริษัท สองแห่ง ได้แก่ Hebi Robotics และ Medrobotics เครื่องมือผ่าตัดส่องกล้องระบบเฟล็กโซโนมิเตอร์ขั้นสูงของหลังได้รับการอนุมัติจาก FDA ในปี 2558 เพื่อใช้งาน แม้ว่าตอนนี้ Choset จะไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับ Medrobotics อย่างเป็นทางการอีกต่อไป แต่เขาบอกว่าการดูการแสดงสดที่หุ่นยนต์ถูกใช้นั้นเป็นจุดสูงสุดของประสบการณ์การทำงานของเขา

รูปถ่าย: มารยาท Howie Choset

Choset เรียกร้องให้เกิดความยืดหยุ่นว่างูได้รับแรงบันดาลใจจากงูหรือไม่; เขากล่าวว่ารูปแบบคดเคี้ยวของหุ่นยนต์ได้รับการออกแบบให้มีการบิดและหันของพื้นที่ภายในของมนุษย์ในใจ แต่งานอื่น ๆ ที่ผ่านมาส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการดูงูและหุ่นยนต์จำลองหลังจากพวกเขาโดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านการร่วมมือกับ Dan Goldman ของ Georgia Tech นักฟิสิกส์ที่มีงานวิจัยด้านชีวกลศาสตร์นำไปสู่การสร้างหุ่นยนต์ที่ได้แรงบันดาลใจจากการเคลื่อนไหวของปูเต่าทะเล แมลงสาบโคลนและปลาทราย

นอกจากนี้ Choset ยังรับทราบถึงอิทธิพลของหนึ่งในผู้บุกเบิกหุ่นยนต์ชีวภาพที่ได้รับแรงบันดาลใจ Robert Full ผู้บริหารห้องปฏิบัติการ Poly-Pedal ของ UC Berkeley ด้วยการศึกษาว่าแมลงสาบเคลื่อนไหวอย่างไรและตุ๊กแกไต่พื้นผิวในแนวดิ่ง, เต็ม, Choset และอื่น ๆ พยายามที่จะต้มความลับเหล่านี้ลงในหลักการออกแบบทั่วไปที่สามารถนำไปใช้ในรูปแบบแปลกใหม่ได้อย่างไร

“ เราควรเลียนแบบชีววิทยาหรือไม่ไม่ถามนักชีววิทยาเพื่อสิ่งนั้น” Choset กล่าว "สิ่งที่เราต้องการคือการเลือกหลักการที่ดีที่สุดและไปจากที่นั่น"

ร่วมกัน Choset และ Goldman พร้อมด้วย Joseph Mendelson ของ Zoo Atlanta ศึกษาการเคลื่อนไหวของงู sidewinder ในที่สุดจะอธิบายลักษณะการเคลื่อนไหวที่คมชัดของพวกเขาในรูปแบบของคลื่นที่เปลี่ยนรูปร่าง การนำความรู้นั้นไปใช้กับการเขียนโปรแกรมสำหรับหุ่นยนต์งูทีมของ Choset ก็สามารถทำให้พวกเขาปีนป่ายไปบนกองทรายซึ่งเป็นงานที่เป็นไปไม่ได้มาก่อน การเข้าใจว่างูเปลี่ยนรูปร่างร่างกายอย่างไรเพื่อให้ตัวเองอยู่รอบข้างได้รับอนุญาตให้ Choset สร้างหุ่นยนต์งูที่สามารถบิดเสาและด้านในของประตูทับหลังสิ่งที่เขามองเห็นว่ามีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการสำรวจการตกแต่งภายในที่อันตราย - กล่าวว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์หรือ เข้าไม่ถึงขอบเขตของโบราณสถาน

“ ฉันถ่อมลงด้วยความจริงที่ว่าชีววิทยามีความซับซ้อนมากและหวังว่าจะสามารถนำมันมาใช้ในหุ่นยนต์ของเราได้เท่านั้น” Choset กล่าว “ แต่เราไม่ได้จำลองสัตว์ให้ดีและมีความสามารถที่สัตว์มีอยู่สิ่งที่เราต้องการคือการสร้างกลไกและระบบที่มีความสามารถที่ยอดเยี่ยม”

คำอธิบายของเขาเกี่ยวกับความก้าวหน้าของตัวเองและความสำเร็จและการค้นพบของนักเรียนของเขาในฐานะที่เป็นคนค่อนข้างยุติธรรมยังนำไปใช้กับวิธีที่หุ่นยนต์เช่นนี้จะเกิดขึ้นในโลกเมื่อพวกเขาโตเต็มที่ ช้าๆทีละน้อยการวิจัยกำลังจะไปถึงที่นั่นเขากล่าว

"วิวัฒนาการเป็นแบบจับจดเช่นกัน" Choset ยืนยัน “ ไม่มีจุดเปลี่ยนจุดใดมีเพียงลำดับของการพัฒนาที่เห็นได้จากภายนอกดูเหมือนว่าเป็นการพัฒนาครั้งใหญ่”

ครอสโอเวอร์ที่สำคัญ

ในส่วนหลักวิศวกรไม่สามารถคาดหวังได้ว่าชีววิทยาทำงานอย่างไรซึ่งทำให้การทำงานร่วมกันระหว่างวิศวกรและนักชีววิทยาสำคัญยิ่ง ที่มหาวิทยาลัยชิคาโกนักชีววิทยาของ Mark Westneat ได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับ wrasses ซึ่งเป็นปลาชั้นหนึ่งนำไปสู่ความร่วมมือกับกองทัพเรือส่งผลให้เสียงพึมพำใต้น้ำที่เคลื่อนไหวช้า แต่ว่องไว รู้จักกันในชื่อ WANDA (ซึ่งย่อมาจาก "Agasse Near-Shore Deformable-fin Automaton"), โดรนแบบนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับการตรวจสอบของเรือ, ท่าเรือและแท่นขุดน้ำมัน

การถ่ายภาพความเร็วสูงเป็นหัวใจสำคัญของความพยายามเมื่อเกือบ 20 ปีที่แล้วเมื่อ Westneat เริ่มทำการศึกษาเกี่ยวกับการถ่ายภาพของนักเขียนและก่อนที่กองทัพเรือจะสนใจงานนี้ ในถังไหลที่มีกระแสคงที่ซึ่ง Westneat เรียกว่า "ลู่วิ่งเพื่อหาปลา" ว่ายน้ำอย่างมีความสุขโดยใช้ครีบครีบอกของพวกเขาเพื่อรักษาตำแหน่งคงที่ในถังขณะที่กล้องความเร็วสูงจับทุกรายละเอียดของการเคลื่อนไหวนั้นที่ 1, 000 เฟรมต่อวินาที.

ภาพถ่าย: ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐ / Victor Chen

เมื่อรวมกับความรู้รายละเอียดของนักชีววิทยาเกี่ยวกับกายวิภาคศาสตร์ของปลา - ว่าครีบของมันแนบกับกล้ามเนื้ออย่างไรปลายประสาทในเยื่อหุ้มครีบจะถ่ายทอดความเครียดและความตึงเครียด - การถ่ายภาพช่วยให้มีความรู้ลึกซึ้งว่า wrasses ขับเคลื่อนตัวเองผ่านน้ำอย่างไร ด้วยการบิดและบิดของจังหวะการกระพือปีกของนกเพนกวิน เจสันเกเดอร์หัวหน้าวิศวกรโครงการ WANDA ที่ NRL กล่าวว่าความสามารถของ wrasse ในการลอยอยู่ในตำแหน่งเดิมในขณะที่รักษาร่างกายของมันยังคงอยู่ในกระแสที่แข็งแกร่งหรือผันผวนทำให้มันเป็นสายพันธุ์ที่เหมาะสำหรับการจำลองสำหรับยานพาหนะใต้น้ำชนิดใหม่

“ ยานพาหนะแบบขับเคลื่อนด้วยใบพัดหรือแบบทรัสเตอร์ไม่มีความคล่องแคล่วแบบนั้นหรือมีรัศมีวงเลี้ยวสูงเกินไป” เกเดอร์กล่าว "นี่เป็นปลาที่ดีสำหรับการจำลองเพราะถ้าเราต้องการให้ตัวถังแข็งสำหรับการบรรทุกที่ศูนย์กลางของยานพาหนะเราสามารถรับประสิทธิภาพที่คล้ายกันโดยใช้การเคลื่อนไหวของครีบอกแบบนี้"

Westneat คิดว่าความสามารถในการถ่ายภาพ 3 มิติที่ใหม่กว่าสามารถพัฒนางานวิจัยให้ดียิ่งขึ้นไปอีก “ สำหรับปลามันคือชีวิตหรือความตาย แต่สำหรับเราความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับประสิทธิภาพอาจหมายถึงพลังงานแบตเตอรี่ที่ดีขึ้น” Westneat กล่าว "เราต้องการเลียนแบบโครงสร้างโครงกระดูกและคุณสมบัติเชิงกลของเยื่อหุ้มเซลล์อย่างใกล้ชิดและดูว่าเราจะได้ประสิทธิภาพที่สูงเป็นพิเศษหรือไม่"

คอลเลกชันทางชีวภาพของพิพิธภัณฑ์เป็นอีกแหล่งข้อมูลที่อุดมสมบูรณ์และด้อยโอกาสสำหรับนักวิจัย ยกตัวอย่างเช่นสถาบันสมิ ธ โซเนียนเก็บตัวอย่างสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเกือบ 600, 000 ตัวและ Rolf Müllerจากมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียเทคได้วาดภาพบนที่ดินเหล่านี้สำหรับงานของเขาบนโดรนที่ได้รับแรงบันดาลใจจากค้างคาว การใช้สแกน 3 มิติของหูและจมูกค้างคาวจากสถาบันสมิ ธ โซเนียนทำให้ Mueller สร้างโครงสร้างที่คล้ายกันสำหรับหุ่นยนต์บินของเขาเพื่อช่วยในการรายงานผลตอบรับผ่านการทดสอบแบบซิปไลน์

"คุณมีตัวอย่างสิ่งเหล่านี้นับล้านเรียงอยู่ในลิ้นชักซึ่งคุณสามารถเข้าถึงได้อย่างรวดเร็ว" มิลเลอร์กล่าว เขามีส่วนร่วมในการสร้างกลุ่มผู้เชี่ยวชาญพิพิธภัณฑ์และนักวิจัยเพื่อช่วยรวบรวมสิ่งเหล่านี้ทั่วประเทศให้เข้าถึงได้มากขึ้นเพื่อความก้าวหน้าทางชีวภาพ

จากนั้นไม่ว่าแหล่งว่ายน้ำจะอยู่ในถังหรือนอนอยู่ในลิ้นชักเก็บข้อมูลการแปลว่าข้อมูลในรูปแบบที่มีประโยชน์ยังคงเป็นความท้าทาย “ วิศวกรทั่วไปของคุณต้องการรายละเอียด แต่นักชีววิทยาอาจส่งแบบร่างกายวิภาค” Westneat กล่าว

มันไม่ได้จนกว่าเขาจะเริ่มพูดถึงวิศวกรรมเหล่านี้พูดกับตัวเองว่าเขารู้ว่างานของเขาสามารถให้ข้อมูลเชิงกลเกี่ยวกับการเคลื่อนไหวของปลาที่สามารถแปลเป็นพลังยนต์และกำลังเครื่องยนต์วิศวกรข้อมูลจำเป็นต้องสร้างเครื่องจักรทำงาน “ สิ่งเหล่านี้คือสิ่งที่การคัดเลือกโดยธรรมชาติสามารถกระทำได้ แต่พวกเขายังสร้างความแตกต่างระหว่างยานยนต์อิสระที่ทำให้มันกลับไปที่เรือหรือไม่”

กลับไปที่โรงเรียน

การเรียนรู้ความจำและการปรับตัวเป็นความท้าทายอื่น ๆ ทั้งหมด กลับไปที่โกดังดัดแปลงของกองทัพเรือทีม MeRLIn ยังคงเกี่ยวข้องกับปัญหาการย่อขนาดเป็นหลัก แต่พวกเขาทุกคนต่างก็รู้ตัวว่าหุ่นยนต์ที่พวกเขาเห็นจะไม่สมบูรณ์หากปราศจากความสามารถในการเรียนรู้จดจำและปรับตัว

Henshaw ที่เลี้ยงแกะอยู่ที่บ้านเมื่อเขาไม่ได้อยู่ในห้องแล็บกล่าวว่าการดูลูกแกะแรกเกิดไปจากกองชื้นไปจนถึงการเดินในเวลาไม่กี่ชั่วโมงเพื่อตอกย้ำความยากลำบากในการลอกเลียนแบบกระบวนการนั้น “ ไม่มีใครเข้าใจจริงๆว่ามันทำงานอย่างไร” Henshaw กล่าวถึงการเปลี่ยนแปลงของระบบประสาทที่จำเป็นต้องใช้กับลูกแกะเพื่อปรับการเคลื่อนไหวของพวกมันต่อการเปลี่ยนแปลงมวลอย่างรวดเร็วเมื่อพวกมันเติบโตเป็นแกะ วิธีการหนึ่งที่ทีมของเขาใช้ในการจัดการกับกลยุทธ์นั้นคือการเขียนซอฟต์แวร์ที่ช่วยให้พวกเขาเปลี่ยนวิธีการสร้างการเดินของ MeRLIn

Henshaw เป็นส่วนหนึ่งของโครงการอื่นเพื่อพัฒนาระบบการเรียนรู้ที่ได้รับแรงบันดาลใจทางชีวภาพ เขาแสดงให้ฉันเห็นวิดีโอของขาหุ่นยนต์เตะลูกบอลเข้าสู่เป้าหมายฟุตบอลขนาดเล็ก หลังจากเตะสามครั้งที่ตั้งโปรแกรมแล้วขาเตะบอลของตัวเองอีก 78 ครั้งอย่างเป็นระบบเลือกเป้าหมายของตนเองและติดตามความสำเร็จและความล้มเหลว การปรับแต่งเพิ่มเติมและนำไปใช้กับหุ่นยนต์เช่น MeRLIn รหัสเช่นนี้จะทำให้ง่ายขึ้นสำหรับหุ่นยนต์เดินที่จะปรับตัวเองกับน้ำหนักบรรทุกหรือความยาวขาที่แตกต่างกัน

“ โครงการจำนวนมากมีสมการที่หาวิธีเพิ่มประสิทธิภาพศูนย์กลางของแรงโน้มถ่วงหรือการเคลื่อนที่ผ่านสมการทางคณิตศาสตร์ขนาดใหญ่แบบเรียลไทม์” Henshaw กล่าว "มันใช้งานได้ แต่มันไม่ได้เป็นสิ่งมีชีวิตฉันไม่สามารถอ้างได้ว่าอัลกอริธึมที่ฉันเขียนนั้นเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นในสมอง แต่ดูเหมือนว่าจะต้องมีอะไรเกิดขึ้นมนุษย์เรียนรู้ที่จะปีนต้นไม้และเตะ ลูกบอลผ่านการฝึกฝนไม่ใช่การเพิ่มประสิทธิภาพเชิงตัวเลข "

การเรียนรู้อย่างลึกซึ้งและการเข้าถึงความรู้ที่เก็บรวบรวมอาจจะช่วยเร่งกระบวนการนี้ Henshaw กล่าวเสริมอีกครั้ง แต่ฮาร์ดแวร์ก็ยังไม่สมบูรณ์หรือเล็กพอที่จะปรับให้เข้ากับสิ่งที่เล็กเท่ากับ MeRLIn “ หากคุณต้องการหุ่นยนต์ตัวเล็ก ๆ เหล่านี้มันก็ไม่มากนักที่เราจะต้องปรับปรุงอัลกอริธึม แต่ฮาร์ดแวร์พวกมันจะทำงานต่อไป” เขากล่าว "ไม่เช่นนั้นจะต้องใช้คอมพิวเตอร์ที่ใหญ่เกินไปด้วยแบตเตอรี่ที่ใหญ่เกินไปและมันก็ไม่ทำงาน"

ตลาดเกิดใหม่

ทางลัดที่ชีววิทยาจัดเตรียมไว้สำหรับการสร้างแพลตฟอร์มร่างกายที่ล้ำสมัยและกลยุทธ์การเคลื่อนที่อาจช่วยให้หุ่นยนต์ที่ได้รับแรงบันดาลใจทางชีวภาพสามารถทำงานได้ในเชิงเศรษฐศาสตร์มากขึ้นเช่นกัน Choset ไม่ได้เป็นนักวิชาการเพียงคนเดียวที่ได้ก่อตั้ง บริษัท เพื่อช่วยพัฒนาแอปพลิเคชันเชิงปฏิบัติสำหรับการสร้างสรรค์ของเขา ในความเป็นจริง Eelume ก่อตั้งขึ้นโดยศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมหาวิทยาลัยหุ่นยนต์แห่งนอร์เวย์ Kristin Ytterstad Pettersen ปัจจุบันทำตลาดงูว่ายน้ำสำหรับหุ่นยนต์ของตัวเองสำหรับงานสำรวจและตรวจสอบใต้น้ำ และ De และ Kinneally ได้ก่อตั้ง Ghost Robotics ซึ่งเป็น บริษัท ที่ทำการตลาด Minitaur

บริษัท เอกชนขนาดใหญ่กำลังเข้าร่วมเกมเช่นกัน บอสตันเอ็นจิเนียริ่งกำลังอยู่ในขั้นตอนสุดท้ายของการสาธิตการวิ่งบนสนามด้วยหุ่นยนต์ตรวจสอบทางทะเลที่เรียกว่า BioSwimmer บอทนี้ไม่เพียง แต่ได้รับแรงบันดาลใจจากปลาทูน่าเท่านั้นร่างกายส่วนนอกทั้งหมดนั้นอาศัยการสแกนปลาทูน่าครีบน้ำเงินยาวห้าฟุตที่ติดกับสำนักงานของ บริษัท ในวอลแทมรัฐแมสซาชูเซตส์ และเช่นเดียวกับปลาทูน่าที่เป็นสิ่งมีชีวิตพลังขับเคลื่อนเกิดขึ้นที่ท้ายรถทำให้ครึ่งหน้าของรถถูกซ้อนด้วยเซ็นเซอร์และน้ำหนักบรรทุก เป้าหมายไม่ใช่เพื่อเลียนแบบปลาทูน่า แต่เพื่อควบคุมประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของสัตว์

Mike Rufo ผู้อำนวยการกลุ่มระบบขั้นสูงของ Boston Engineering กล่าวว่าลักษณะทางชีวภาพของการออกแบบไม่ได้ทำให้ง่ายต่อการสร้าง แต่มันก็ไม่ได้เพิ่มความยากลำบากเช่นกัน Rufo อ้างว่า บริษัท สร้าง BioSwimmer (ซึ่งมีความยาวห้าฟุตและ 100 ปอนด์) ในราคาเดียวกันกับโครงการที่คล้ายกัน - ประมาณ $ 1 ล้าน - และจะมีราคาใกล้เคียงกับขนาดของยานพาหนะอื่น แต่ประสิทธิภาพของการเคลื่อนไหวที่จัดทำโดยกลยุทธ์การขับเคลื่อนปลาทูน่าช่วยให้มันทำงานได้นานขึ้นในแหล่งพลังงานมาตรฐาน

Rufo กล่าวว่ามีอุปสรรคทางเทคนิคบางประการที่อยู่ในแนวทางของเรา "แต่ bioinspiration นำเสนอโอกาสในการจัดการกับสิ่งเหล่านั้นโดยตรงหรือเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพในแบบที่ช่วยลดผลกระทบจากความท้าทายเหล่านั้นตัวอย่างเช่นแม้จะมีความก้าวหน้าที่ยอดเยี่ยมในเทคโนโลยีแบตเตอรี่ แต่เราก็ยังอยู่บนที่ราบสูง บางสิ่งบางอย่างในขนาดที่กำหนด แต่ถ้าคุณสามารถจัดการกับประสิทธิภาพของระบบได้บางทีแบตเตอรี่อาจไม่ส่งผลกระทบกับคุณมากนักนั่นเป็นจุดหนึ่งที่ Bioinspiration มีบทบาทสำคัญ " แต่ถึงกระนั้นเขาคิดว่าหุ่นยนต์แบบนี้ไม่ธรรมดาในแอปพลิเคชันป้องกันตัวหรืออย่างอื่นเป็นเวลาอย่างน้อยห้าถึงสิบปีข้างหน้า

โดยไม่คำนึงถึงความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่ต้องฟันฝ่าก่อนที่เราจะมีผู้ช่วยหุ่นยนต์ที่น่าขนลุกในชีวิตประจำวันของเราก้าวอย่างใหญ่หลวงได้ถูกสร้างขึ้นมาแม้กระทั่งในช่วงหลายปีที่ผ่านมาเพื่อสรุปสิ่งที่ชีววิทยาและวิวัฒนาการชัดเจน เพื่อปรับและดำเนินการ

“ บางครั้งดูเหมือนว่าศรีศรีฟีนใช่แล้ว” เวสต์นีตกล่าว “ ฉันดูหุ่นยนต์สัตว์น้ำเหล่านี้และพวกมันดูเหมือนจะเป็น clunky สำหรับฉัน แต่จากนั้นฉันก็เคยเห็นสัตว์ที่สง่างามเหล่านี้ว่ายน้ำผ่านแนวปะการัง แต่มันก็ไม่น่ารังเกียจเกินกว่าที่จะคิดว่าวิศวกรและนักชีววิทยา หุ่นยนต์ที่คุณโยนลงไปในน้ำที่ว่ายน้ำด้วยตัวเองทุกอย่างน่าตื่นเต้น "