021-22889554
021-26703715
مشاوره آموزشی رایگان

021-22889554  |  021-26703715 مشاوره آموزشی رایگان

روبات هایی مجهز به اسرار بدشکل ترین موجودات طبیعت

Robert Full

The secrets of nature's grossest creatures, channeled into robots

How can robots learn to stabilize on rough terrain, walk upside down, do gymnastic maneuvers in air and run into walls without harming themselves? Robert Full takes a look at the incredible body of the cockroach to show what it can teach robotics engineers.


تگ های مرتبط :

Animals, Design, Robots
حتی نفرت انگیز ترین موجودات طبیعت، اسرار مهمی دارند، اما چه کسی می خواهد که یک گروه سوسک به سمت او بیایند؟ یکی از بزرگترین تفاوت ها بین طبیعت و تکنولوژی انسانی، به مقاوم بودن مربوط می شود. سیستم های روباست در محیط پیچیده و جدید پایدار هستند. شایان ذکر است که سوسک ها می توانند هنگام راه رفتن روی زمین های خشن خود را تثبیت کنند. وقتی یک جِت پَک یا کوله پشتی پرتابی پشت آنها بگذاریم یا اختلالی مانند زلزله به آنها بدهیم، خواهیم دید که پاهای تنظیم شده شگفت انگیزشان به آنها اجازه خودپایداری می دهد،
بدون اینکه از قدرت مغز خود استفاده کنند. آنها می توانند در زمینهای پیچیده ای مانند چمن حرکت کنند بدون اینکه دچار مشکل شده یا پایداری خود را از دست بدهند. ما رفتار جدیدی را کشف کردیم که آنها به خاطر جسمشان، به طور خودکار به پهلویشان می غلتند تا از چمن آزمایشی مصنوعی عبور کنند. سیستم های روباست می توانند چندین کار را با ساختاری یکسان انجام دهند. رفتار جدیدی را که ما کشف کردیم برایتان می گویم. حیوانات می توانند به سرعت بچرخند و ناپدید شوند، در کمتر از ۱۵۰ میلی ثانیه - که هرگز نمی توانید آنها را ببینید - با استفاده از همان ساختاری که برای دویدن استفاده می کنند. پاهایشان.
آنها می توانند وارونه و به سرعت روی میله ها، شاخه ها و سیم ها بدوند، و اگر یکی از آن شاخه ها را تکان دهید می توانند این کار را بکنند. آنها می توانند حرکات ژیمناستیکی انجام دهند که هیچ کدام از روبات های ما در حال حاضر نمی توانند. و آنها قدرت مانورپذیری تقریباً نامحدودی با ساختاری مشابه، و دسترسی بی سابقه ای به انواع مختلفی از محیط ها دارند. آنها بالهایی دارند که وقتی گرم می شوند برای پرواز استفاده می کنند اما آنها این بال ها را برای چرخیدن در زمانی که ناپایدار می شوند هم استفاده می کنند.
بطرز بسیار موثری. سیستمهای روباست همچنین متحمل خطا و خرابی امن هستند. این پای یک سوسک است. که دارای تیغها، نوارهای چسبناک و چنگال است، اما اگر آن پاها را قطع کنید، باز هم می توانند در زمین های خشن حرکت کنند - شبیه به ویدئوی پایین که مشاهده می کنید - بدون اینکه سرعت آنها کم بشود. فوق العاده است. سوسک ها می توانند بدون پاهایشان از شبکه های توری بالا بروند. اینجا حیوانی است که در حال استفاده از روش سه پایه عادی و متناوب می باشد. سه پا، سه پا، سه پا، اما در طبیعت، حشرات اغلب پاهای خود را از دست می دهند، اینجا حیوانی است که از دوپای وسط استفاده می کند.
حشره می تواند حتی سه پای خود را از دست بدهد و طرز حرکت جدیدی را در پیش بگیرد. حرکت پرشی. و باید اشاره کنم که تمام این ویدئوها ۲۰ مرتبه آهسته شده اند. بنابراین آنها واقعا سریع هستند. سیستم های روباست در برابر آسیب مقاوم هستند. اینجا حیوانی است که از دیواری بالا می رود. این حرکت شبیه به یک صعود سریع،روان و عمودی است اما وقتی آن را آهسته می کنید چیزی متفاوت را می بینید. این کاری است که آنها انجام می دهند. آنها عمداً با سر به دیوار برخورد می کنند که باعث می شود سرعتشان کم نشده و بتوانند در ۷۵ میلی ثانیه
از دیوار بالا بروند. آنها می توانند این کار ها را انجام دهند به این دلیل که اسکلت خارجی فوق العاده ای دارند. و واقعاً از مفاصل سازگاری ساخته شده اند که لوله ها و صفحات هستند و به یکدیگر متصل می باشند. این یک کالبدشکافی از شکم سوسک است. شما صفحات و غشاء های سازگار را مشاهده می کنید. همکاران مهندس من در برکلی با همکاری دانش آموزان، تکنیک افسانه ای طراحی کرده اند. در این روش شما می توانید اسکلت را تا کنید، آن را برش دهید، ورقه ورقه کنید و به شکل یک روبات در بیاورید.
می توانید این کار را در کمتر از ۱۵ دقیقه انجام دهید. این روبات ها، DASH نامیده می شوند که مخفف ربات شش پای انعطاف پذیر خودمختار است. این روبات ها بسیار سازگار هستند و قابل ذکره که به دلیل ویژگی هایشان روباست هم به حساب می آیند. قطعاً به طرز شگفت انگیزی در برابر آسیب مقاوم اند. (خنده) این روبات ها بعضی از رفتارهای سوسک ها را دارند، بنابراین می توانند از بدن هوشمند و سازگارشان برای بالا رفتن از دیوار به شکلی بسیار ساده استفاده کنند. آنها قسمتی ابتدایی از رفتارِ
وارونه شدن سریع را نیز دارا هستند که به کمک آن ناپدید می شوند. حالا می خواهیم بدانیم چرا آنها هرجایی می توانند بروند. ما کشف کردیم که می توانند از میان شکاف سه میلیمتری، و ارتفاع دو سکه ی بهم چسبیده عبور کنند. و وقتی این کار را انجام می دهند می توانند با سرعتی بالا از آن فضاهای محدود عبور کنند طوری که هرگز آنها را نمی بینید. برای اینکه بهتر متوجه شوید ما یک سی تی اسکن از اسکلت آنها انجام دادیم و می بینید که این موجودات می توانند بیش از چهل درصد از بدنشان را فشرده کنند.
ما آنها در یک ماشین تست ماده قرار دادیم تا آنالیز جسمش را بررسی کنیم و دیدیم که می توانند در برابر نیرویی هشتصد برابر وزنشان مقاومت کنند و بعد از آن با حالتی معمولی بدوند و پرواز کنند. بنابراین شما هیچوقت نمی دانید پژوهش های مبتنی بر کنجکاوی به کجا منجر می شوند و یک روز ممکن است بخواهید که یک گروه از روبات های الهام گرفته شده از سوسک به سوی شما بیایند. (خنده) ممنونم. (تشویق)
Even nature's most disgusting creatures have important secrets, but who would want a swarm of cockroaches coming towards them? Yet one of the greatest differences between natural and human technologies relates to robustness. Robust systems are stable in complex and new environments. Remarkably, cockroaches can self-stabilize running over rough terrain. When we put a jet pack on them, or give them a perturbation like an earthquake, we discovered that their wonderfully tuned legs
allow them to self-stabilize without using any of their brainpower. They can go over complex terrain like grass, no problem, and not get destabilized. We discovered a new behavior where, because of their shape, they actually roll automatically to their side to go through this artificial test bit of grass. Robust systems can perform multiple tasks with the same structure. Here's a new behavior we've discovered. The animals rapidly invert and disappear in less than 150 milliseconds — you never see them —
using the same structures that they use to run, their legs. They can run upside down very rapidly on rods, branches and wires, and if you perturb one of those branches, they can do this. They can perform gymnastic maneuvers like no robot we have yet. And they have nearly unlimited maneuverability with that same structure and unprecedented access to a variety of different areas. They have wings for flying when they get warm, but they use those same wings to flip over if they get destabilized.
Very effective. Robust systems are also fault tolerant and fail-safe. This is the foot of a cockroach. It has spines, gluey pads and claws, but if you take off those feet, they can still go over rough terrain, like the bottom video that you see, without hardly slowing down. Extraordinary. They can run up mesh without their feet. Here's an animal using a normal, alternating tripod: three legs, three legs, three legs, but in nature, the insects often have lost their legs. Here's one moving with two middle legs gone.
It can even lose three legs, in a tripod, and adopt a new gait, a hopping gait. And I point out that all of these videos are slowed down 20 times, so they're actually really fast, when you see this. Robust systems are also damage resistant. Here's an animal climbing up a wall. It looks like a rapid, smooth, vertical climb, but when you slow it down, you see something very different. Here's what they do. They intentionally have a head-on collision with the wall so they don't slow down and can transition up it
in 75 milliseconds. And they can do this in part because they have extraordinary exoskeletons. And they're really just made up of compliant joints that are tubes and plates connected to one another. Here's a dissection of an abdomen of a cockroach. You see these plates, and you see the compliant membrane. My engineering colleague at Berkeley designed with his students a novel manufacturing technique where you essentially origami the exoskeleton, you laser cut it, laminate it,
and you fold it up into a robot. And you can do that now in less than 15 minutes. These robots, called DASH, for Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod, are highly compliant robots, and they're remarkably robust as a result of these features. They're certainly incredibly damage resistant. (Laughter) They even have some of the behaviors of the cockroaches. So they can use their smart, compliant body to transition up a wall in a very simple way. They even have some of the beginnings
of the rapid inversion behavior where they disappear. Now we want to know why they can go anywhere. We discovered that they can go through three-millimeter gaps, the height of two pennies, two stacked pennies, and when they do this, they can actually run through those confined spaces at high speeds, although you never see it. To understand it better, we did a CT scan of the exoskeleton and showed that they can compress their body by over 40 percent.
We put them in a materials testing machine to look at the stress strain analysis and showed that they can withstand forces 800 times their body weight, and after this they can fly and run absolutely normally. So you never know where curiosity-based research will lead, and someday you may want a swarm of cockroach-inspired robots to come at you. (Laughter) Thank you. (Applause)