In fisica, le particelle sono piccole, localizzate oggetti con caratteristiche fisiche come la massa o di volume. Da quegli ingredienti, il nostro virtualmente illimitato universo è costruito.
Così sembra che sia stata un mix di umiltà e orgoglio che ha spinto i ricercatori del MIT, Columbia, Cornell, e di Harvard, a nome del robot nella loro nuova cooperativa sistema robotico “particelle.”
Il concetto, presentato in un articolo sulla rivista Nature, è che un sistema cooperativo di piccoli robot potrebbe essere in grado di fare un lavoro complesso, anche se nessun componente del sistema è computazionalmente complesso. È la teoria, il cuore di un ramo dell’automazione chiamato swarm robotics. Anche se ancora in gran parte di competenza dell’università di ricerca, settori come la difesa, l’agricoltura e le infrastrutture di ispezione, un giorno, si basano su sciami di piccoli ed economici robot per operare in ambienti e di eseguire le attività che i singoli robot mai potuto.
La particella robot ricercatori si sono ispirati a principi di attrazione e repulsione. Ogni particella è a forma di disco, e mal connessi alle altre particelle intorno ad esso tramite magneti. Una singola particella può spingere lontano circostante particelle o tirare di più, e basta.
Foto di Felice Frankel
Ma che azione semplice smentisce l’incredibile diversità dei compiti che il cluster è in grado di eseguire come un intero. Come una squadra di formiche, la particella robot possono raccogliere e trasportare oggetti nel loro modo. Si può anche navigare senza interruzioni intorno agli oggetti il modo in cui l’acqua scorre intorno a ostacoli in un fiume impetuoso — qualcosa di un unico grande robot non può fare.
“Abbiamo piccolo robot cellule che non sono così capace come individui, ma può fare molto come gruppo”, dice Daniela Rus, direttore della Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) e Andrew e Erna Viterbi Professore di Ingegneria Elettrica e informatica. “Il robot di per sé è statico, ma quando si connette con altri robot particelle, tutto ad un tratto il robot collettiva può esplorare il mondo e di controllo azioni più complesse. Con questi ‘universale cellule, il robot particelle possono ottenere diverse forme, trasformazione globale, globale, il movimento, il comportamento globale, e, come abbiamo dimostrato nei nostri esperimenti, seguire i gradienti di luce. Questo è molto potente.”
La Natura dell’articolo, i ricercatori hanno presentato i risultati simulati scenari che hanno impiegato fino a 100.000 particelle. Inoltre, il team ha utilizzato un set più piccolo di circa una decina di vita reale particelle per illustrare il concetto.
Ogni particella di base cilindrica ospita una batteria e il motore di piccole dimensioni, con un sensore di luce e di un microcontrollore. Le particelle non comunicare direttamente l’uno all’altro, che è uno dei vantaggi del sistema. Nuove particelle può essere aggiunto a un sistema e altre particelle presa di distanza senza compromettere le prestazioni di particelle circostanti.
Il sistema funziona quando le singole particelle all’interno della collettiva sono inviate le istruzioni per il quando la contrazione o l’espansione. Con la giusta sequenza, tutto il gruppo comincia a ondeggiare e spostare. In questo caso, i sensori di luce sul piccolo robot spostato il collettivo verso una fonte di luce. Confrontando l’intensità della luce percepita da particelle più vicino alla fonte di luce e più lontano dalla fonte di luce, il cluster di particelle è in grado di ottenere un’accurata correzione e il sistema comincia ad espandersi e contrarsi.
“Questo crea un meccanico di espansione-contrazione onda, coordinato premendo e trascinando il movimento, che si muove in un grande cluster verso o lontano da stimoli ambientali,” Li dice. Il componente chiave, Li aggiunge, è la tempistica precisa da un orologio sincronizzato tra le particelle che consente il movimento nel modo più efficiente possibile: “Se sbagli l’orologio sincronizzato, il sistema funzionerà in modo meno efficiente.”
Mentre non ci sono diretti applicazioni per la tecnologia di sicurezza, i possibili casi di utilizzo comprendono la costruzione, movimentazione dei materiali, e di ispezione. Il prossimo passo del progetto è quello di miniaturizzare le particelle in modo che centinaia di migliaia o addirittura milioni possono essere distribuiti insieme.
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