Robots essaims quadrupèdes avancés pour navigation en terrain complexe

Les comportements collectifs des fourmis, abeilles et oiseaux pour résoudre des problèmes et surmonter des obstacles est quelque chose que les chercheurs ont développé dans la robotique aérienne et sous-marine. Développer des robots essaims à petite échelle avec la capacité de traverser des terrains complexes, cependant, vient avec un ensemble unique de défis. Les chercheurs ont construit des robots multi-pattes capables de manœuvrer dans des environnements difficiles et d'accomplir des tâches difficiles collectivement, imitant leurs homologues du monde naturel.

Les robots à pattes peuvent naviguer dans des environnements difficiles, tels que les terrains accidentés et les espaces étroits, et l'utilisation de membres offre un support corporel efficace, permet une manœuvrabilité rapide et facilite le franchissement d'obstacles. Cependant, les robots à pattes font face à des défis de mobilité uniques dans les environnements terrestres, ce qui entraîne une performance locomotrice réduite.

Lire un Q&R avec le chercheur

Dans un court Q&R avec Tech Briefs, Prof. Yasemin Ozkan-Aydin explique ce que les essaims peuvent faire une fois les fonctionnalités avancées.

Les chercheurs ont émis l'hypothèse qu'une connexion physique entre robots individuels pourrait améliorer la mobilité d'un système collectif terrestre à pattes. Les robots individuels effectuaient des tâches simples ou petites comme se déplacer sur une surface lisse ou porter un objet léger mais si la tâche dépassait la capacité de l'unité unique, les robots se connectaient physiquement entre eux pour former un système multi-pattes plus grand et surmontaient collectivement les problèmes.

En utilisant une imprimante 3D, l'équipe a construit des robots quadrupèdes mesurant environ 15 à 20 cm de long. Chacun était équipé d'une batterie lithium-polymère, d'un microcontrôleur, et de trois capteurs — un capteur de lumière à l'avant et deux capteurs tactiles magnétiques à l'avant et à l'arrière, permettant aux robots de se connecter les uns aux autres. Quatre pattes flexibles réduisaient le besoin de capteurs et pièces additionnels et donnaient aux robots un niveau d'intelligence mécanique qui aidait lors de l'interaction avec des terrains rugueux ou inégaux.

Après l'impression de chaque robot, ils ont été construits et testés sur herbe, paillis, feuilles et glands. Des expériences sur sol plat ont été menées sur panneau de particules, et des escaliers ont été construits en mousse isolante. Les robots ont également été testés sur moquette à poils longs et des blocs de bois rectangulaires ont été collés sur panneau de particules pour servir de terrain accidenté. Quand une unité individuelle restait coincée, un signal était envoyé à des robots additionnels qui se liaient ensemble pour fournir un soutien afin de traverser les obstacles avec succès en travaillant collectivement.

Le travail informera la conception d'essaims à pattes à faible coût qui peuvent s'adapter à des situations imprévues et effectuer des tâches coopératives réelles telles que les opérations de recherche et sauvetage, le transport d'objets collectifs, l'exploration spatiale, et la surveillance environnementale. La recherche se concentrera sur l'amélioration du contrôle, de la détection et des capacités de puissance du système, qui sont essentielles pour la locomotion et la résolution de problèmes réels.

Pour des systèmes d'essaims fonctionnels, la technologie de batterie doit être améliorée. De petites batteries sont nécessaires qui peuvent fournir plus de puissance, idéalement durant plus de 10 heures. Sinon, utiliser ce type de système dans le monde réel n'est pas durable. Les limitations additionnelles incluent le besoin de plus de capteurs et de moteurs plus puissants tout en gardant la taille des robots petite.