فهرست مطالب
پژوهشگران MIT کاشیهای رباتیک خودمختاری با نام FloatForm ساختهاند که میتوانند روی آب حرکت کنند، مانند قطعات لگو به یکدیگر متصل شوند و سازههای شناور هوشمندی با شکلهای مختلف بسازند.
به گزارش سرویس رباتیک تکناک،این کاشیهای رباتیک میتوانند در آینده برای ایجاد پل، سکوی امدادی، بازار، فضای عمومی و زیرساختهای موقت روی آب استفاده شوند.
با افزایش خطر سیلاب، بالا آمدن سطح دریاها و گسترش شهرهای ساحلی، استفاده از سطح آب بهعنوان بخشی از فضای شهری اهمیت بیشتری پیدا کرده است. پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست، MIT، با توسعه FloatForm تلاش کردهاند راهی برای تبدیل سطح آب از یک محیط ثابت به فضایی پویا و قابل برنامهریزی ارائه کنند.
دانیلا راس، مدیر آزمایشگاه علوم رایانه و هوش مصنوعی MIT، موسوم به CSAIL، هدایت تیم توسعهدهنده این پروژه را بر عهده داشته است. FloatForm از مجموعهای از کاشیهای رباتیک خودران و عمدتاً خودمختار تشکیل شده است که با استفاده از قفلهای مغناطیسی، حسگرها و موتورهای رانشی روی آب حرکت میکنند و میتوانند بدون دخالت مستقیم انسان به یکدیگر متصل شوند.
هر واحد FloatForm میتواند از سازه جدا شود، موقعیت خود را تغییر دهد و دوباره به واحدهای دیگر بپیوندد. این ویژگی به مجموعه رباتها اجازه میدهد سکوهایی با شکلها و ابعاد متفاوت بسازند. پژوهشگران این رفتار را به اتصال قطعات لگو تشبیه کردهاند، با این تفاوت که هر قطعه در این سامانه میتواند مستقل حرکت کند و برای رسیدن به موقعیت تعیینشده تصمیمهای محلی بگیرد. این قابلیت در کاربردهای شهری اهمیت زیادی دارد.
بیشتر بخوانید: ربات تکچرخ هوشمند برای کاهش هزینه گشتزنی امنیتی معرفی شد + تصویر
تبدیل سطح آب به فضای قابل برنامهریزی
مقاله این پروژه با دسترسی آزاد در مجله Nature Communications منتشر شده است. وی وانگ، نویسنده اصلی مقاله، همراه با نیکلاس هاگمان، آلخاندرو گونزالس گارسیا و کارلو راتی در این پژوهش مشارکت داشتهاند. تیم تحقیقاتی در این مقاله بررسی کرده است که رباتهای FloatForm چگونه میتوانند در محیط آبی با وجود رفتار پیچیده و غیرخطی آب، جریانهای ایجادشده پشت رباتهای مجاور و خطر برخورد با یکدیگر، آرایش خود را تغییر دهند.
واحدهای FloatForm برای حرکت گروهی از یک چارچوب هماهنگی ترکیبی استفاده میکنند. این روش به سامانه اجازه میدهد با حداقل هدایت انسانی چندین ربات را همزمان به سمت موقعیتهای مشخص هدایت کند. در این ساختار، برنامهریزی مرکزی فقط جایگاه نهایی هر واحد را مشخص میکند و وظایفی مانند مسیریابی، جلوگیری از برخورد و سازگاری با حرکت رباتهای اطراف بر عهده خود هر ربات قرار میگیرد.
وانگ که پیشتر در MIT فعالیت میکرد و اکنون مدیریت آزمایشگاه رباتیک دریایی دانشگاه ویسکانسین در مدیسن را بر عهده دارد، میگوید FloatForm در اصل سطح ثابت آب را به فضایی پویا و قابل برنامهریزی تبدیل میکند. او آیندهای را تصور میکند که در آن فضای عمومی شهر ثابت نیست و میتواند متناسب با نیاز، بهصورت خودکار گسترش پیدا کند، کوچک شود یا آرایش متفاوتی به خود بگیرد.
نسخه فعلی FloatForm هنوز بسیار کوچکتر از آن است که برای کاربردهای انسانی مستقیم استفاده شود. هر کاشی رباتیک حدود ۲۱ در ۲۱ سانتیمتر ابعاد دارد و سطح آن تقریباً با یک برگ کاغذ استاندارد که به شکل مربع تا شده باشد برابر است. با این حال، پژوهشگران این نمونه کوچک را بستری برای آزمایش اصولی میدانند که در آینده میتواند در مقیاس بسیار بزرگتر اجرا شود.
دانیلا راس میگوید FloatForm آیندهای را ترسیم میکند که در آن محدودههای ساحلی به امتدادی قابل برنامهریزی از شهر تبدیل میشوند. به گفته او، این کاشیهای رباتیک میتوانند برای بررسی نحوه سازماندهی دهها و در نهایت هزاران ربات شناور به کار روند. چنین سامانهای میتواند در حوزههایی مانند جابهجایی، واکنش اضطراری، فضای عمومی و زیرساختهای آبی کاربرد داشته باشد.
بیشتر بخوانید: ربات هیبریدی «قنطورس» در چین رونمایی شد + ویدیو
از پل اضطراری تا بازار و سکوی شناور
پژوهشگران برای نسخههای آینده FloatForm کاربردهای متنوعی را در نظر گرفتهاند. این سامانه میتواند سکوهایی برای عملیات جستوجو و نجات، خدمات پزشکی اضطراری، اسکان موقت، تعمیر و نگهداری از راه دور و پایش محیط زیست ایجاد کند. در مقیاس بزرگتر، رباتها میتوانند برای حملونقل، ایجاد بازارهای شناور، مدارس، فضاهای اجرای برنامه و حتی زیرساختهای شهری موقت استفاده شوند.
گونزالس گارسیا میگوید در شرایط اضطراری، مجموعهای از این رباتها میتواند یک پل جدید تشکیل دهد تا بخشی از فشار ترافیکی شهر کاهش پیدا کند. همین سامانه در شرایط دیگر میتواند به بازار شناور یا صحنه اجرای برنامه تبدیل شود. ایده اصلی این است که چندین واحد کوچک و مستقل با اتصال به یکدیگر یک سامانه بزرگتر و کاربردی را روی آب تشکیل دهند.
الهام اصلی FloatForm از رفتار موجودات زنده در طبیعت گرفته شده است. مورچههای آتشین میتوانند با پیروی از قواعد ساده و بدون وجود یک فرمانده مرکزی، بدنهای خود را به یکدیگر متصل کنند و پل یا کلک شناور بسازند. پژوهشگران تلاش کردهاند همین اصل را در طراحی رباتها به کار بگیرند تا هر واحد توانایی مستقل داشته باشد و در عین حال بتواند با واحدهای دیگر همکاری کند.
محدودیت پهنای باند نیز یکی دیگر از مشکلات سامانههای کاملاً متمرکز است. اگر تعداد رباتها افزایش پیدا کند و همه آنها برای هر حرکت منتظر فرمان مرکزی بمانند، مقیاسپذیری سامانه کاهش پیدا میکند. همچنین ممکن است رباتها مجبور شوند به ترتیب مشخصی به سازه متصل شوند و تعداد زیادی از واحدها برای مدت طولانی بدون فعالیت باقی بمانند.
FloatForm این مشکل را با کاهش برنامهریزی مرکزی برطرف میکند. سامانه فقط موقعیت نهایی هر ربات را تعیین میکند و هر واحد مسیر رسیدن به آن موقعیت را با توجه به همسایگان خود مدیریت میکند. شبیهسازیهای فعلی نشان دادهاند که ناوگانی متشکل از ۶۴ ربات میتواند بهطور همزمان حرکت کند.
گونزالس گارسیا میگوید در این معماری، هر ربات به یک عملگر تبدیل میشود. هاگمان نیز توضیح میدهد که اتصال رباتها به یکدیگر پایداری آنها را در برابر امواج و جریانهای آب افزایش میدهد. این رفتار نیز مشابه کلک مورچهها است که با افزایش تعداد اعضای متصل، در برابر اختلال محیطی مقاومت بیشتری پیدا میکند.
بیشتر بخوانید: رونمایی از ربات معلق در هوا برای همراهی انسان در خانه + ویدیو
چالش بزرگکردن FloatForm برای دنیای واقعی
رباتهای فعلی به دلیل اندازه کوچک نمیتوانند باتریهای بزرگی حمل کنند. با این حال، برای حرکت به توان نسبتاً کمی نیاز دارند و برای اتصال نیز از آهنربا استفاده میکنند. این آهنرباها میتوانند واحدهای مجاور را از فاصله حداکثر ۱۵ سانتیمتری جذب کنند.
با وجود نتایج اولیه، انتقال FloatForm از محیط آزمایشگاهی به مقیاس انسانی با چالشهای مهمی همراه است. گونزالس گارسیا میگوید نمونههای فعلی بسیار کوچک هستند و در آبهای متلاطم عملکرد مناسبی ندارند. موج کوچک ایجادشده در یک مخزن آزمایشگاهی با جریانهای رودخانه یا امواج اقیانوس تفاوت زیادی دارد.
نسخههای بزرگتر FloatForm به اتصالات بسیار مقاومتر نیاز خواهند داشت. پژوهشگران معتقدند در مقیاس انسانی ممکن است استفاده از قفلهای تقویتشده یا حتی اتصالات مکانیکی در کنار سامانه مغناطیسی ضروری باشد. همچنین رباتها برای تعیین موقعیت و حرکت دقیق در محیطهای واقعی به GPS یا سامانههای بینایی و حسگرهای تصویری نیاز خواهند داشت.
اگر این مشکلات برطرف شوند، FloatForm میتواند در بسیاری از شهرها و مناطق دارای منابع آبی استفاده شود. گونزالس گارسیا از ونیز، هلند، بلژیک، آبدرهها و دریاچههای نروژ بهعنوان نمونههایی نام میبرد که میتوانند از چنین فناوریای بهره ببرند. به گفته او، تقریباً هر شهری که رودخانهای در آن جریان دارد، ظرفیت استفاده از فضای آبی برای کاربردهای بیشتر را دارد.
چشمانداز نهایی این پروژه، ساخت یک زیرساخت ثابت روی آب نیست، بلکه ایجاد شبکهای از اجزای رباتیک است که بتوانند متناسب با نیاز شهر شکل خود را تغییر دهند. یک مجموعه واحد میتواند در زمانی به سکوی امدادی تبدیل شود، در زمان دیگری نقش پل را ایفا کند و پس از پایان مأموریت دوباره جدا شود و برای کاربردی متفاوت آرایش پیدا کند.
پژوهشگران FloatForm معتقدند رباتیک توزیعشده میتواند مسیر تازهای برای استفاده از فضاهای آبی شهری باز کند. اگر فناوری اتصال، ناوبری و مقاومت در برابر شرایط واقعی آب به سطح لازم برسد، سطح رودخانهها، کانالها و مناطق ساحلی میتواند از یک فضای کماستفاده به بخشی انعطافپذیر از زیرساخت شهر تبدیل شود.
