توانایی‌های چشمگیر یک موش‌ رباتیک برای جستجو و حمل بار

به گزارش عصرقائم، به نقل از وب‌سایت رسمی “مؤسسه فناوری پکن”(Beijing Institute of Technology)، ربات‌های دارای پا برای استفاده در دنیای واقعی، بسیار امیدوارکننده هستند اما عملکرد آنها در فضاهای باریک هنوز چالش‌برانگیز است. ربات‌های چهارپای بزرگی مانند “بیگ‌داگ”(BigDog) و “اِنیمال”(ANYmal)، سازگاری و ظرفیت حمل بار بسیار خوبی از خود نشان داده‌اند اما نمی‌توانند به فضاهای باریک وارد شوند. این در حالی است که میکروربات‌های چهارپا مانند ربات‌های موسوم به “sub-۲g ” می‌توانند به فضاهای باریک وارد شوند اما به دلیل ظرفیت حمل بار کم، قادر به انجام دادن وظایف مورد نظر نیستند.

یک راه حل برای افزایش سازگاری محیطی این ربات‌ها، طراحی یک ربات کوچک است که هم بتواند چندین حرکت را انجام دهد و هم قادر به حمل بار باشد. در این مورد، موش‌های صحرایی موسوم به “موش صحرایی قهوه‌ای”(Rattus norvegicus) که در غارها زندگی می‌کنند، به دلیل چابکی و سازگاری بی‌نظیر، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. تلاش‌های بسیاری برای تقلید از ریخت‌شناسی و ویژگی‌های حرکتی این موش‌ها انجام گرفته‌اند.

گروهی از پژوهشگران مؤسسه فناوری پکن به سرپرستی پروفسور “کینگ شی”(Qing Shi)، نوعی موش صحرایی رباتیک موسوم به “اسکورو”(SQuRo) ابداع کرده‌اند که یک موش رباتیک چهارپا با اندازه‌ای کوچک است. پروفسور شی بیش از ۱۰ سال و از زمانی که دانشجوی مقطع دکتری “دانشگاه واسدا”(Waseda University) در ژاپن بوده، در این حوزه کار کرده است.

گروه پروفسور شی با صرف کردن زمان قابل توجهی برای تقلید از برخی ویژگی‌ها و عملکردهای سیستم‌های بیولوژیکی، ربات‌هایی را توسعه داده‌اند که قادر به بازتولید حرکت یا رفتار موش‌های صحرایی قهوه‌ای هستند. آنها از طریق طراحی الهام‌گرفته از طبیعت، گروهی از موش‌های رباتیک چرخ‌دار را توسعه دادند که می‌توانند چندین رفتار مشابه موش‌های صحرایی قهوه‌ای را انجام دهند. آنها اخیرا چرخ‌ها را با پا جایگزین کردند تا چابکی حرکت را بیشتر کنند. نتایج این پژوهش نشان می‌دهند که ربات پادار اسکورو می‌تواند از حرکت موش‌های واقعی در فضاهای باریک تقلید کند.

موش‌ها به دلیل داشتن بدن باریک و چابکی بی‌رقیب خود می‌توانند با فضاهای باریک سازگار شوند. از این رو، پژوهشگران برای تقلید از چابکی حرکت، از ریخت‌شناسی و ویژگی‌های حرکتی موش‌های در حال حرکت در غارها استفاده می‌کنند. آنها ابتدا مفاصل حرکتی کلیدی موش‌ها را مورد بررسی قرار دادند و پیکربندی “درجه آزادی”(Degrees of freedom) را تکمیل کردند. آنها به طور ویژه، درجه آزادی را در هر اندام برای بازتولید حرکت آن طراحی کردند. پژوهشگران، درجه آزادی را در کمر و در سر بررسی کردند و به تکرار حرکت انعطاف‌پذیر ستون فقرات پرداختند. اسکورو با بهره‌مند شدن از ستون فقرات بلند و انعطاف‌پذیر می‌تواند بدن خود را خم کند و به سرعت بچرخد.

علاوه بر این، مزیت خاص موش‌ها در تحرک چابک آنها نهفته است که حرکات معمولی گوناگون را نشان می‌دهد. بنابراین، یک موش رباتیک به غیر از کپی کردن ریخت‌شناسی موش‌ها، ویژگی‌های حرکتی آنها را نیز دارد. پژوهشگران بدین منظور، یک چارچوب کنترل‌کننده را برای دستیابی به حرکت چندوجهی مشابه حرکت موش‌ها ارائه دادند.

چارچوب کنترل عمدتا از سه لایه تشکیل شده است.

1. یک برنامه‌ریز چند حرکتی با چهار حالت حرکت اساسی که یک رابطه مستقیم را بین متغیر کنترل و “نیروهای واکنش زمین”(GRFs) ایجاد می‌کند.
2. بهینه سازی پارامتر با در نظر گرفتن محدودیت‌های پایداری و فعال‌سازی
3. تولید مسیر هر مفصل.

این چارچوب کنترل، حرکات چابک و انتقال سریع را ممکن می‌سازد.

با توجه به ساختار انعطاف‌پذیر بیومیمتیک و کنترل حرکت چندوجهی، اسکورو می‌تواند حرکات گوناگونی مانند خم شدن، ایستادن، راه رفتن، خزیدن و چرخش را انجام دهد و پس از سقوط، با کنترل اندام‌ها و گردن خود بهبود یابد.

اسکورو طی آزمایش‌های میدانی توانست با موفقیت از یک گذرگاه باریک نامنظم با عرض داخلی ۹۰ میلی‌متر عبور کند، از مانعی با ارتفاع ۳۰ میلی‌متر بگذرد و به حرکت پایدار با شیب ۱۵ درجه دست یابد که قابلیت‌های آن را برای جستجو در فضاهای باریک نشان می‌دهند. اسکورو در مقایسه با پیشرفته‌ترین ربات‌های چهارپا در مقیاس مشابه، بدنه نسبتا کشیده‌تر و باریک‌تر و وزن کمتری دارد.

علاوه بر این، اسکورو می‌تواند حتی پس از حمل باری معادل ۹۱ درصد وزن خود، به حرکت ثابتی دست یابد که نشان‌دهنده برتری توانایی حمل بار آن در مقایسه با ربات‌های چهارپای کوچک است. این قابلیت‌ها به اسکورو امکان می‌دهد تا از فضاهای باریک و زمین‌های ناهموار عبور کند و وظایفی مانند شناسایی یا حمل و نقل را در چنین شرایطی انجام دهد.