Роботы, как животные, могут адаптироваться после травм

Виды экспериментальной настройки и параметров.Кредит: Журнал интерфейса Королевского общества (2024).Doi: 10.1098/rsif.2024.0141

«БИО-вдохновленные компенсаторными стратегиями для повреждения хлопающих роботизированных движений» были опубликованы в выпуске 3 июля «Журнал интерфейса Королевского общества».

Многие животные используют хлопание в качестве средства движения, а роботы, оснащенные шлюпсами, также могут эффективно продвигаться.Но хлопья животного царства - в данном случае рыбы и насекомых - имеют еще один трюк в их рукав.Даже с поврежденными крыльями или плавниками эти животные могут адаптировать механику своих движений для компенсации.Некоторые виды рыб могут выжить с 76 процентами их плавников, поврежденных и по -прежнему могут плавать.

Может ли роботизированная лоскута достичь того же подвига?Это вопрос, который вдохновил исследование в лаборатории Мори Гариба (доктор философии 83 года), профессора аэронавтики и медицинской инженерии Ханса У. Липмана, директора и руководителя Бут-Креса Центра автономных систем иTechnologies (актеры) и директор выпускников аэрокосмических лабораторий в Caltech.

Гариб, вместе с Мередитой Хупер, аспирантом аэрокосмической аспирантуры, и Изабель Шерл, научный сотрудник по докторантуру в области механического и гражданского строительства, проанализировала движения взрывающихся робота в резервуаре нефти, что допускает более точные измерения, чем вода из -за его сигнала из -за его сигнала из -за его сигнала в-1-коричневое соотношение.Затем они ампутировали часть заслонки робота.

Без вмешательства робот все равно будет бесполезно пролететь в аквариуме, потеряв свою способность плавать.Но в дополнение к движению биоинспирации исследователи также дали адаптацию робота биоинспирации.После травмы рыба и насекомые пытаются продвинуться по новым способам, экспериментируя, пока они не найдут механику инсульта, которая может вернуть их к полной активности.

Имитируя это, робот был запрограммирован для запуска повторных испытаний различных механиков инсульта, которые затем оценивались с помощью машинного обучения.В конце концов, робот, как поврежденная рыба или насекомое, достиг успешной альтернативной формы движения с поврежденной хлопушкой, даже когда 50 процентов его были удалены.

«Робот пытается плавать по 10 различными способами», - объясняет Хупер.«Силы во время его плавания в нефтяном баке измеряются, чтобы мы могли сравнить как производство силы, так и ее эффективность. Алгоритм машинного обучения выбирает лучшие траектории кандидатов, основываясь на том, насколько хорошо они создали нашу желаемую силу. Алгоритм затем появляетсяс другим набором из 10 траекторий, вдохновленных предыдущим набором.

«Этот учебный процесс повторяется - оценка, модификация и создание - пока лучшие кандидаты не станут более или менее одинаковы, узнав наиболее эффективное движение по плаванию для данного производства силы».

Автономный робот является автономным только до тех пор, пока он не будет, из -за какого -либо повреждения или неисправности.Достигая роботизированные механизмы способностью адаптироваться к измененным возможностям посредством машинного обучения, объем их автономии увеличивается.

Как говорит Хупер, «автономные подводные транспортные средства (AUV), которые предоставляют важную информацию о том, как работают наши океаны - что существует в глубоком море, как человеческая деятельность разрушает динамику океана - очень дорого построить и развернуть. Если движущая сила AUV провалитсяВ недоступной области без этих средств адаптации он, по сути, становится мусором океана.

«Адаптивность с помощью машинного обучения может также улучшить функцию микро-воздушных транспортных средств (MAVS), которые могут перемещаться по небольшим промежутке в сложной местности во время сценариев аварийного ответа, таких как поиск захваченных людей после землетрясения. Этот тип местности делает его большеСкорее всего, MAV будет поврежден во время его поиска.

Хотя и экспериментальный робот, и живые животные могут изменить свою механику инсульта, чтобы адаптироваться к повреждению, они не вносят одинаковые модификации.Теоретически, во всех случаях шлюпки (или плавники или крылья) должны изменить как амплитуду, так и частоту для достижения оптимального движения после повреждения.Но большинство исследований рыбы с повреждением плавников показывают, что рыба увеличивает амплитуду, но не обязательно частота их ударов, чтобы компенсировать, в то время как робот модифицировал оба.

«Скорее всего, это связано с влиянием эволюционного давления на рыбу и насекомых, которые не имеют отношения к варианту использования роботизации», - объясняет Хупер.«То, как брызгающие роботы лучше всего приспосабливаются к повреждению, не обязательно имитирует природу».

More information: M. L. Hooper et al, Bio-inspired compensatory strategies for damage to flapping robotic propulsors, Journal of The Royal Society Interface (2024). DOI: 10.1098/rsif.2024.0141