Araştırmacılar ilk kez gevşek bağlanmış birçok bileşenden veya ‘parçacıktan’ oluşan bir robot yaptılar. Sürü veya modüler robotların aksine; her bir bileşen basittir ve bireysel bir adrese veya kimliğe sahip değildir. Araştırmacıların “parçacık robotu” olarak adlandırdıkları sistemlerinde, her parçacık yalnızca tek biçimli, hafifçe genişleyen ve daralan hacimsel salınımlar yapabilir; ancak bağımsız hareket edemez.
Mevcut robotlar; genellikle her biri belirli bir işleve sahip, birbirine bağlı alt bileşenlerden yapılmış, bağımsız varlıklardır. Bir parça başarısız olursa, robot çalışmayı durdurur. Robotik sürülerde ise, her robot bağımsız çalışan bir makinedir.
Nature dergisinde yayınlanan yeni bir araştırmada, Columbia Engineering ve MIT Computer Science & Yapay Zeka Laboratuvarı (CSAIL) araştırmacıları, ilk kez gevşek bağlanmış bileşenlerden veya “parçacıklardan” oluşan bir robot yapmanın bir yolunu gösteriyor. Sürü veya modüler robotların aksine; her bir bileşen basittir ve bireysel bir adrese veya kimliğe sahip değildir. Araştırmacıların “parçacık robotu” dedikleri sistemlerinde, her parçacık yalnızca tek biçimli hacimsel salınımlar (hafifçe genişleyen ve daralan) gerçekleştirebilir, ancak bağımsız hareket edemez.
Columbia Engineering’de Makine Mühendisliği Profesörü Hod Lipson ve CSAIL Direktörü Daniela Rus liderliğindeki ekip, bu parçacıkların binlerce tanesini “yapışkan” bir kümede topladıklarında, bir ışık kaynağına tepki olarak salınımlarını sağladıklarını keşfetti. Bu şekilde tüm parçacık robotu yavaşça ışığa doğru ilerlemeye başladı.
Araştırmacılar, uzun bir süredir otonom robotlar inşa ediyorlardı. Ancak bunlar, büyümeyen, iyileşmeyen veya zarar göremeyen biyolojik olmayan makinelerdi. Columbia Engineering / MIT ekibi, her bir bileşen arızalandığında bile çalışabilecek sağlam, ölçeklenebilir robotlar geliştirmeye odaklandı.
Creative Machines Laboratuvarı Yönetici Lipson, “Robotları farklı şekilde yapmanın bir yolu olup olmadığını keşfetmek için, temel olarak robotik yaklaşımımızı yeniden düşünmeye çalışıyoruz. Sadece bir robotun biyolojik bir yaratığa benzemesini sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda karmaşık bir yetenek ve temelde basit parçalardan oluşan yetenekleri olan bir şey yaratmak için aslında onu biyolojik bir sistem gibi inşa etmiş oluyoruz.”
MIT’deki Erna Viterbi Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Profesörü Rus: “Doğada bulunan tüm canlılar, organizmaları yapmak için farklı şekillerde biraraya gelen hücrelerden oluşuyor. Araştırma sorusu: Parçacık robotları geliştirirken, farklı robotlar yapmak için farklı şekillerde oluşturulabilen robot hücrelere sahip olabilir miyiz? Robot, görevin gerektirdiği en iyi şekle sahip olabilir. Örneğin, bir tünelde gezinmek için bir yılan veya bir fabrika için üç elli bir makine olabilir. Hatta bu parçacık robotlarına kendi kendilerini yapma kabiliyeti bile verebilirdik. Örneğin, bir robotun masadaki bir tornavidaya ihtiyacı olduğunu varsayalım. Robot tornavidaya ulaşamayacağı kadar uzakta… Peki ya robot hücrelerini değiştirebilirse? Ekstra uzun bir kol yetiştirmek mi? Robotun hedefleri değiştikçe vücudu da değişebilir. “
Harvard’s Wyss Enstitüsü’ndeki Chuck Hoberman ve Cornell’deki diğer araştırmacılarla çalışan ekip; genişleme ve daralma gibi basit bir hareket gerçekleştirebilecek birçok benzer bileşen veya parçacık kullandı. Simülasyonlarda, 100.000 parçacıktan oluşan robotlar gösterdiler. Deneysel olarak, iki düzine parçacıktan oluşan bir sistemi kullandılar.
Shuguang Li: “Işık kaynağına daha yakın olan parçacıklar daha parlak bir ışık deneyimi yaşar ve böylece daha önceki döngülerini başlatırlar. Bu hareket küme boyunca bir ışık dalgası yaratıyor, ışığa daha yakın olanlardan uzaklaşıyor ve bu dalga tüm kümenin ışığa doğru hareket etmesini sağlıyor. Işığa doğru hareket, bireye rağmen küresel bir hareket yaratıyor. (Parçacıklar bağımsız hareket edemez.)”
Simülasyonlarda bu davranışı modelleyerek, yüzlerce ve binlerce parçacık içeren engellerden kaçınma ve daha büyük ölçeklerde nesne taşınmasını araştırdılar. Ayrıca parçacık robot paradigmasının hem gürültülü bileşenlere hem de bireysel başarısızlığa karşı dayanıklılıklarını gösterebildiler.
Simülasyon çalışmalarını yöneten Richa Batra: “Parçacık robotlarımızın, parçacıkların yüzde 20’si öldüğü zaman bile tam olarak çalışma hızlarının yaklaşık yarısını koruduğunu tespit ettik.”
Ekip zaten sistemlerini çok sayıda cm ölçekli parçacıklarla test ediyor. Ayrıca, titreşimli mikrosferler gibi diğer parçacık robotlarını da araştırıyorlar.
Lipson: “Bir gün bu tür robotları, sese veya ışığa veya kimyasal gradyanlara yanıt veren mikro-boncuklar gibi milyonlarca minik parçacıktan yapmanın mümkün olacağını düşünüyoruz. Bu tür robotlar, bilinmeyen arazileri / yapıları keşfetmek için kullanılabilir.”
