Swarm机器人。学分:巴黎圣母院大学作为一名机器人工程师，巴黎圣母院大学电气工程助理教授亚塞姆·厄扎坎-艾丁的灵感来自生物系统。蚂蚁、蜜蜂和鸟类解决问题和克服障碍的集体行为是研究人员在空中和水下机器人领域开发的东西。然而，开发具有穿越复杂地形能力的sma全尺寸群体机器人却面临着一系列独特的挑战。在发表在《科学机器人学》上的研究中，厄扎坎-艾登展示了她如何能够建造多足机器人，这些机器人能够在挑战性的环境中机动，并集体完成困难的任务，模仿自然世界中的同类。
厄扎坎-艾丁说:“腿式机器人可以在崎岖的地形和狭小的空间等具有挑战性的环境中导航，四肢的使用提供了有效的身体支撑，实现了快速的机动性，并为越障提供了便利。"然而，有腿机器人在陆地环境中面临着独特的移动性挑战，这导致运动性能下降."
厄扎坎-艾丁说，在这项研究中，她假设单个机器人之间的物理联系可以增强地面有腿集体系统的机动性。单个机器人执行简单或小的任务，例如在光滑的表面上移动或携带轻物体，但是如果任务超出了单个单元的能力，机器人将彼此物理连接以形成更大的多腿系统，并共同克服问题。
“当蚂蚁收集或运输物体时，如果一个人遇到障碍，这个群体会集体努力克服这个障碍。例如，如果路径上有一个缺口，它们会形成一座桥，这样其他蚂蚁就可以穿过去——这就是这项研究的灵感，”她说。“通过机器人技术，我们能够更好地了解这些生物系统的动态和集体行为，并探索我们如何在未来使用这种技术。”
厄扎坎-艾登使用一台3D打印机制造了四条腿的机器人，长度为15到20厘米，大约6到8英寸。每个机器人都配备了锂聚合物电池、微控制器和三个传感器——一个在前部的光传感器和两个在前部和后部的磁触摸传感器，使机器人能够相互连接。四条灵活的腿减少了对额外传感器和零件的需求，并赋予机器人一定程度的机械智能，这在与崎岖不平的地形互动时有所帮助。
厄扎坎-艾丁说:“你不需要额外的传感器来探测障碍物，因为腿部的灵活性有助于机器人越过障碍物。”。“他们可以测试路径中的缺口，用身体搭建桥梁；单独移动对象；或者连接起来，在不同类型的环境中共同移动物体，与蚂蚁没有什么不同。”
厄扎坎-艾丁在2020年初开始了她的研究，当时该国大部分地区因新冠肺炎大流行而关闭。打印完每一个机器人后，她制造了每一个，并和儿子一起在家里、院子里或操场上进行实验。这些机器人在草地、覆盖物、树叶和橡子上进行了测试。在碎料板上进行了平地实验，她用绝缘泡沫建造了楼梯。机器人还在粗毛地毯上进行了测试，矩形木块被粘在颗粒板上，用作粗糙的地面。
当一个单独的单元被卡住时，一个信号被发送到额外的机器人，这些机器人连接在一起提供支持，以便在集体工作的同时成功穿越障碍物。
厄扎坎-艾丁说她的设计还有待改进。但她预计，这项研究的发现将为低成本腿群的设计提供信息，这些腿群可以适应不可预见的情况，并执行现实世界的合作任务，如搜救行动、集体物体运输、空间探索和环境监测。她的研究将专注于提高该系统的控制、传感和动力能力，这对现实世界的移动和解决问题至关重要——她计划利用该系统探索蚂蚁和白蚁等昆虫的集体动态。
“对于功能性群体系统，电池技术需要改进，”她说。“我们需要能够提供更多电力的小型电池，理想情况下续航时间超过10小时。否则，在现实世界中使用这种系统是不可持续的。”额外的限制包括需要更多的传感器和更强大的马达——同时保持机器人的小尺寸。
“你需要考虑机器人在现实世界中会如何工作，所以你需要考虑需要多少功率，你使用的电池大小。一切都是有限的，所以你需要对机器的每一部分做出决定。”
佐治亚理工学院的丹尼尔·戈德曼参与了这项研究。
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