自己複製型アセンブラー ロボットの群れは、より大きな構造を作成する可能性を示しています

2022 年 11 月 22 日

(ナノワークニュースMIT の研究者は、車両から建物、さらに大型のロボットまで、自分自身よりもはるかに大きなものを含め、ほぼすべてのものを実質的かつ経済的に組み立てることができるロボットの作成に向けて大きな一歩を踏み出しました。

MIT の Center for Bits and Atoms (CBA) からの新しい研究は、変形可能な飛行機の翼や機能的なレーシング カーなどのオブジェクトが小さな同一の軽量部品から組み立てられることを示す最近の研究を含む、長年の研究に基づいています。この組み立て作業の一部を実行するためのデバイスを構築できます。 現在、チームは、組み立てロボットと構築されている構造のコンポーネントの両方がすべて同じサブユニットで作成できることを示しており、ロボットは独立して多数移動して、大規模な組み立てを迅速に行うことができます。

新作が雑誌に掲載されました 自然通信工学 (「自己複製する階層的モジュラー ロボットの群れ」)、CBA の博士課程の学生である Amira Abdel-Rahman、教授であり CBA のディレクターでもある Neil Gershenfeld、および他の 3 人の論文で。 MIT の研究者は、車両から建物、さらに大型のロボットまで、自分自身よりもはるかに大きなものを含め、ほぼすべてのものを実質的かつ経済的に組み立てることができるロボットの作成に向けて大きな一歩を踏み出しました。 この新しいシステムには、ボクセル (2 次元ピクセルに相当する体積) と呼ばれる小さな同一のサブユニットの配列から構築された、大きくて使用可能な構造が含まれます。 (画像提供:研究者)

ガーシェンフェルド氏によると、大型ロボットを含む大型構造の組み立てと、最適な建設順序の計画の両方が可能な、完全自律型の自己複製ロボット アセンブリ システムは、まだ数年先の話です。 しかし、新しい研究はその目標に向けて重要な進歩を遂げています。それには、いつ、どのくらいの大きさのロボットを作るべきかという複雑なタスクの解決や、さまざまなサイズのボットの群れを組織して構造物に衝突することなく効率的に構築する方法などがあります。お互い。

以前の実験と同様に、新しいシステムには、ボクセル (2D ピクセルの体積に相当) と呼ばれる小さな同一のサブユニットの配列から構築された、大きくて使用可能な構造が含まれます。 しかし、以前のボクセルは純粋に機械的な構造部品でしたが、チームは現在、それぞれが電力とデータの両方をユニット間で運ぶことができる複雑なボクセルを開発しました。 これにより、負荷に耐えるだけでなく、ボクセル自体を含む材料の持ち上げ、移動、操作などの作業を実行できる構造の構築が可能になる可能性があります。

「これらの構造を構築するときは、知性を組み込む必要があります」と Gershenfeld 氏は言います。 以前のバージョンのアセンブラ ボットは、ワイヤの束によって電源と制御システムに接続されていましたが、「力とデータだけでなく力も伝達するボクセルを作成する、構造的エレクトロニクスのアイデアが生まれました」。 稼働中の新しいシステムを見て、彼は次のように指摘します。 あるのは構造だけです。」

ロボット自体は、端から端まで結合された一連のボクセルで構成されています。 これらは、一方の端にあるアタッチメント ポイントを使用して別のボクセルをつかみ、シャクトリムシのように目的の位置に移動して、ボクセルを成長中の構造にアタッチし、そこで解放することができます。

Gershenfeld は、彼のグループのメンバーによって実証された初期のシステムは、原理的には任意の大きな構造を構築できたが、これらの構造のサイズが組み立てロボットのサイズに関連して特定のポイントに達すると、プロセスはますます非効率になると説明しています。各ボットが各ピースを目的地に運ぶために移動しなければならない経路は、ますます長くなります。 その時点で、新しいシステムを使用して、ボットは、より長い距離に到達し、移動時間を短縮できる、より大きなバージョンを構築する時期であると判断できました。 さらに大きな構造では、新しい大きなロボットがさらに大きなロボットを作成するため、さらに別のステップが必要になる場合がありますが、多くの細かいディテールを含む構造の一部には、より小さなロボットが必要になる場合があります。 アセンブラーボットと構築中の構造物のコンポーネント 新しい研究は、組み立てロボットと建設中の構造物のコンポーネントの両方がすべて同じサブユニットでできていることを示しており、ロボットは独立して多数で動くことができ、大規模な組み立てを迅速に行うことができます。 (画像提供:研究者)

Abdel-Rahman 氏によると、これらのロボット デバイスは何かを組み立てる際に、その過程であらゆる段階で選択に直面します。 」 研究者が注力している作業の一部は、そのような意思決定のためのアルゴリズムを作成することです。

「たとえば、円錐または半球を作成したい場合、経路計画をどのように開始し、この形状をどのように分割して、さまざまなボットが作業できるさまざまな領域に分割しますか?」と彼女は言います。 彼らが開発したソフトウェアを使用すると、誰かが形状を入力し、通過する必要のある距離に基づいて、最初のブロックとその後の各ブロックを配置する場所を示す出力を取得できます。

ガーシェンフェルド氏によると、ロボットのルート計画については何千もの論文が発表されています。 しかし、ロボットが別のロボットまたは別の種類のロボットを構築する決定を下さなければならないというその後のステップ — これは新しいことです. その前に本当に何もありません。」

実験システムは組み立てを実行でき、電源とデータ リンクを含みますが、現在のバージョンでは、小さなサブユニット間のコネクタは必要な負荷を運ぶのに十分な強度がありません。 大学院生の Miana Smith を含むチームは現在、より強力なコネクタの開発に注力しています。 「これらのロボットは歩くことができ、部品を配置することもできます」とガーシェンフェルドは言います。 そしてそれは、アクチュエーターの強さや関節の強さなどの微調整にかかっています。 …しかし、これらがそれにつながる部分であることは十分に進んでいます。」

最終的には、このようなシステムを使用して、さまざまな大規模で価値の高い構造を構築できる可能性があります。 たとえば、現在、航空機の製造方法には、製造するコンポーネントよりもはるかに大きなガントリーを備えた巨大な工場が関与しています。「ジャンボ ジェットを製造する場合、ジャンボ ジェットを製造するためにジャンボ ジェットの部品を運ぶジャンボ ジェットが必要です」と Gershenfeld 氏は述べています。と言う。 このように小さな部品を小さなロボットが組み立てて作り上げるシステムで、「飛行機の最終組み立ては組み立てだけ」。

同様に、新しい車を生産する場合、最初の車が実際に製造される前に「ツールに 1 年を費やすことができます」と彼は言います。 新しいシステムは、そのプロセス全体をバイパスします。 このような潜在的な効率性が、ガーシェンフェルドと彼の学生が自動車会社、航空会社、および NASA と密接に協力してきた理由です。 しかし、比較的ローテクな建築建設業界でさえ、恩恵を受ける可能性があります。

3D プリント住宅への関心が高まっていますが、今日では、建設中の住宅と同じかそれ以上の印刷機械が必要です。 繰り返しになりますが、そのような構造物が代わりに小さなロボットの群れによって組み立てられる可能性は、利益をもたらす可能性があります. また、国防高等研究計画局も、侵食と海面上昇に対する沿岸保護のための構造物を構築する可能性についての作業に関心を持っています。

ヒューストン大学の電気工学およびコンピューター工学の准教授であるアーロン・ベッカーは、この研究には関わっていませんが、この論文を「ホームランです… [offering] 革新的なハードウェア システム、スウォームのスケーリングに関する新しい考え方、そして厳密なアルゴリズムです。」

ベッカー氏は次のように付け加えています。 … これは根本的に新しい視点から問題に取り組む最初の作品です — ロボット部品の未加工のセットを使用して、目的の構造 (および他のロボット) を構築するためにサイズが最適化された一連のロボットを構築します。できるだけ早く。」

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