Robot in grado di assemblare praticamente ed economicamente quasi qualsiasi cosa

Stormi di robot assemblatori mostrano il potenziale per realizzare strutture più grandi

“Sciami robotici modulari gerarchici auto-replicanti”

I ricercatori fanno progressi verso gruppi di robot che potrebbero costruire quasi tutto, inclusi edifici, veicoli e robot ancora più grandi

I ricercatori del MIT hanno compiuto passi significativi verso la creazione di robot in grado di assemblare praticamente ed economicamente quasi qualsiasi cosa, comprese cose molto più grandi di loro, dai veicoli agli edifici ai robot più grandi.

Il nuovo lavoro, del Center for Bits and Atoms (CBA) del MIT, si basa su anni di ricerca, inclusi studi recenti che dimostrano che oggetti come un’ala deformabile di aeroplano e un’auto da corsa funzionale potrebbero essere assemblati da minuscoli pezzi leggeri identici – e quel robot potrebbero essere costruiti dispositivi per svolgere parte di questo lavoro di assemblaggio. Ora, il team ha dimostrato che sia i robot assemblatori che i componenti della struttura in fase di costruzione possono essere tutti costituiti dalle stesse subunità e che i robot possono muoversi indipendentemente in gran numero per realizzare rapidamente assemblaggi su larga scala.

Il nuovo lavoro è riportato sulla rivista  Nature Communications Engineering , in un articolo della studentessa di dottorato CBA Amira Abdel-Rahman, del professore e direttore della CBA Neil Gershenfeld e di altri tre.

Un sistema di assemblaggio di robot auto-replicante completamente autonomo in grado sia di assemblare strutture più grandi, inclusi robot più grandi, sia di pianificare la migliore sequenza di costruzione è ancora lontano, afferma Gershenfeld. Ma il nuovo lavoro compie importanti passi avanti verso tale obiettivo, compreso l’elaborazione dei complessi compiti di quando costruire più robot e quanto grandi devono essere realizzati, nonché come organizzare sciami di robot di diverse dimensioni per costruire una struttura in modo efficiente senza schiantarsi contro l’un l’altro.

Come negli esperimenti precedenti, il nuovo sistema coinvolge grandi strutture utilizzabili costruite da una serie di minuscole subunità identiche chiamate voxel (l’equivalente volumetrico di un pixel 2-D). Ma mentre i voxel precedenti erano pezzi strutturali puramente meccanici, il team ha ora sviluppato voxel complessi che possono trasportare sia energia che dati da un’unità all’altra. Ciò potrebbe consentire la costruzione di strutture in grado non solo di sopportare carichi, ma anche di eseguire lavori, come il sollevamento, lo spostamento e la manipolazione di materiali, compresi i voxel stessi.

“Quando costruiamo queste strutture, devi integrare l’intelligenza”, afferma Gershenfeld. Mentre le versioni precedenti dei robot assemblatori erano collegate tramite fasci di cavi alla loro fonte di alimentazione e ai loro sistemi di controllo, “quello che è emerso è stata l’idea dell’elettronica strutturale: creare voxel che trasmettono energia, dati e forza”. Osservando il nuovo sistema in funzione, sottolinea: “Non ci sono cavi. C’è solo la struttura.

I robot stessi sono costituiti da una stringa di diversi voxel uniti end-to-end. Questi possono afferrare un altro voxel usando i punti di attacco su un’estremità, quindi spostare come un verme nella posizione desiderata, dove il voxel può essere attaccato alla struttura in crescita e rilasciato lì.

Gershenfeld spiega che mentre il sistema precedente dimostrato dai membri del suo gruppo poteva in linea di principio costruire strutture arbitrariamente grandi, poiché la dimensione di tali strutture raggiungeva un certo punto in relazione alla dimensione del robot assemblatore, il processo sarebbe diventato sempre più inefficiente a causa della percorsi sempre più lunghi che ogni bot dovrebbe percorrere per portare ogni pezzo a destinazione. A quel punto, con il nuovo sistema, i bot potevano decidere che era giunto il momento di costruire una versione più grande di se stessi che potesse raggiungere distanze maggiori e ridurre il tempo di percorrenza. Una struttura ancora più grande potrebbe richiedere ancora un altro passaggio del genere, con i nuovi robot più grandi che ne creano di ancora più grandi, mentre le parti di una struttura che includono molti dettagli precisi potrebbero richiedere più robot più piccoli.

Mentre questi dispositivi robotici lavorano per assemblare qualcosa, dice Abdel-Rahman, devono affrontare delle scelte ad ogni passo lungo il percorso: “Potrebbe costruire una struttura, o potrebbe costruire un altro robot della stessa dimensione, o potrebbe costruire un robot più grande. ” Parte del lavoro su cui i ricercatori si sono concentrati è la creazione degli algoritmi per tale processo decisionale.

“Ad esempio, se vuoi costruire un cono o una semisfera”, dice, “come inizi a pianificare il percorso e come dividi questa forma” in diverse aree su cui diversi robot possono lavorare? Il software che hanno sviluppato consente a qualcuno di inserire una forma e ottenere un output che mostra dove posizionare il primo blocco, e ognuno dopo, in base alle distanze che devono essere percorse.

Ci sono migliaia di articoli pubblicati sulla pianificazione del percorso per i robot, dice Gershenfeld. “Ma il passaggio successivo, in cui il robot deve prendere la decisione di costruire un altro robot o un diverso tipo di robot, è una novità. Non c’è davvero niente prima di questo.

Mentre il sistema sperimentale può eseguire l’assemblaggio e include i collegamenti di alimentazione e dati, nelle versioni attuali i connettori tra le minuscole subunità non sono abbastanza robusti da sopportare i carichi necessari. Il team, inclusa la studentessa laureata Miana Smith, si sta ora concentrando sullo sviluppo di connettori più resistenti. “Questi robot possono camminare e possono posizionare parti”, dice Gershenfeld, “ma siamo quasi – ma non del tutto – al punto in cui uno di questi robot ne fa un altro e se ne va. E questo dipende dalla messa a punto delle cose, come la forza degli attuatori e la forza delle articolazioni. … Ma è abbastanza avanti che queste sono le parti che ci porteranno.

In definitiva, tali sistemi potrebbero essere utilizzati per costruire un’ampia varietà di strutture grandi e di alto valore. Ad esempio, attualmente il modo in cui vengono costruiti gli aeroplani coinvolge enormi fabbriche con portali molto più grandi dei componenti che costruiscono, e quindi “quando crei un jumbo jet, hai bisogno di jumbo jet per trasportare le parti del jumbo jet per realizzarlo”, Gershenfeld dice. Con un sistema come questo costituito da minuscoli componenti assemblati da minuscoli robot, “l’assemblaggio finale dell’aereo è l’unico assemblaggio”.

Allo stesso modo, nella produzione di una nuova auto, “puoi dedicare un anno all’attrezzaggio” prima che la prima auto venga effettivamente costruita, dice. Il nuovo sistema aggirerebbe l’intero processo. Tali potenziali efficienze sono il motivo per cui Gershenfeld e i suoi studenti hanno lavorato a stretto contatto con case automobilistiche, compagnie aeree e NASA. Ma anche l’industria edile a tecnologia relativamente bassa potrebbe trarne vantaggio.

Mentre c’è stato un crescente interesse per le case stampate in 3D, oggi quelle richiedono macchine da stampa grandi o più grandi della casa che si sta costruendo. Ancora una volta, il potenziale per tali strutture di essere invece assemblate da sciami di minuscoli robot potrebbe fornire vantaggi. E anche l’Agenzia per i progetti di ricerca avanzata della difesa è interessata ai lavori per la possibilità di costruire strutture per la protezione costiera contro l’erosione e l’innalzamento del livello del mare.

Il gruppo di ricerca comprendeva anche lo studente del MIT-CBA Benjamin Jenett e Christopher Cameron, che ora lavora presso il laboratorio di ricerca dell’esercito americano. Il lavoro è stato sostenuto dalla NASA, dal laboratorio di ricerca dell’esercito americano e dai finanziamenti dei consorzi CBA.

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Scritto da David L. Chandler, ufficio stampa del MIT