Роботы-строители и их перспектива

Монументальные термитники — это сооружения, наблюдения за которыми вдохновили исследователей и ученых на создание уникальных в своем роде роботов-строителей. Данные роботы, как и термиты, не имеют централизованного управления. При постройке такие роботы руководствуются достаточно простыми правилами поведения, которые актуальны «только сейчас и здесь». Так, роботы воспринимают присутствие своих «собратьев» и положение элементов (строительных кирпичей), при этом они манипулируют кирпичами, возводя таким образом необходимые постройки. Таким образом ученые хотят показать, что выполнение достаточно сложных задач возможно при помощью единиц, которые действуют совершенно автономно, ориентируются по местности и в обстановке, обладают одинаковыми для всех элементарными правилами поведения.

3-мя специалистами из Гарвардского университета были сконструированы уникальные роботы, предназначение которых — строительство. Созданные ими роботы скорее напоминают игрушки, задача которых не столько постройка настоящих высоток, сколько демонстрация возможностей использования альтернативных систем в процессе управления роботами.

Конструктивные особенности роботов

На фото выше представлен вид робота-строителя. Габариты данного устройства — 170 х 110 х 120 мм, масса — 800 г. Все детали устройства изготовлены на 3D-принтере. Конструктивно каждый робот-строитель состоит из следующих частей:

1. Трехлучевые колеса, которые очень удобны для преодоления разного рода препятствий и для перемещения по ступенькам снизу вверх и наоборот;
2. Специальные захваты, которые способны легко брать кирпич из стопки и класть его на нужное место;
3. Держатель для кирпичей;
4. Инфракрасные сенсоры, которые могут распознавать белое и черное, определять расстояние вниз и вверх;
5. Ультразвуковые сенсоры (эту систему конструкторы «одолжили» у летучих мышей).

Три абсолютно автономных мотора приводят данную конструкцию в движение. Работать от аккумуляторной батареи робот может 1 — 1,5 часа. Строительные «кирпичи» имеют габариты 215 х 215 х 45 мм, массу — 200 г. Они сделаны из прочного пенополиуретана и имеют 16 мощных неодимовых магнита, которые расположены по всем граням кирпича, а форма приспособлена под захваты роботов.

Сам принцип постройки зданий основан на способе, который успешно реализован термитами. Эти насекомые не имеют какого-либо изначального плана постройки, который любезно предоставил главный термит-архитектор, также нет прораба — то есть централизованного управления. Есть всего лишь отдельные жучки, которые все время выполняют несложные строительные операции. Они руководствуются элементарными правилами поведения, а не приказами начальника. Такой принцип координации всех действий и перемещения насекомых называется стигмергическим. 

Пустынные термитники напоминают города. Все колонии термитов обладают своим неповторимым «архитектурным стилем», который достигается путем генетической передачи информации из поколения в поколение. Все термитники очень крепкие, имеют превосходную вентиляцию, которая позволяет поддерживать внутри необходимый терморежим.

Процесс строительства

Роботы способны проделать следующие манипуляции:

• брать, поднимать и опускать специальные кирпичики;
• ползти как вперед, так и назад;
• поворачиваться вокруг своей оси и поворачивать налево или направо;
• залезать на одну ступеньку вверх и спускаться на одну ступеньку вниз.

Результат старания насекомых — величественные сооружения, которые ничем не уступают построенным человеком небоскребам.

На рисунке выше показаны действия, которые запрещены роботам:

• движение роботов происходит исключительно по часовой стрелке, что позволяет избежать проблем при передвижении других роботов, «пробок» на дороге;
• роботам нельзя класть кирпич в том случае, когда слева или справа уже имеется по кирпичику (А). Это сделано для того, чтобы никак не ограничивать маневренность робота, поскольку в данном случае робот просто не мог бы развернуться;
• пристраивать новые кирпичики необходимо слева и справа от заранее положенного кирпича (на рисунке он серого цвета), как в пункте В. Таким образом получаются «нормальные» линии;
• нельзя допустить цикла, который изображен под пунктом С, поскольку в этом случае робот-строитель должен будет вставить кирпич в промежуток, который находится между двумя соседними строительными элементами;
• класть строительный элемент наверх можно лишь тогда, когда рядом находится ступенька; если ступенька отсутствует, робот просто не сможет спустится с башни (D). Также постройка высоких коридоров запрещена роботам, поскольку они могут застрять на поворотах.

Система и ее перспективы

Необходимо отметить, что, в отличие от термитов, разработчики и конструкторы изначально задали роботам необходимый им конечный результат. Данный результат реализован при помощи набора пространственных координат, которые в последствии будут заполнены строительными элементами — кирпичиками. Если конечного результата не задать, то роботы построят ветвящуюся конструкцию, лабиринт, состоящий из расходящихся в разные стороны тропок. Устройство такого лабиринта целиком зависит от набора запретов и правил для роботов и от существующей на данный момент обстановки, то есть от того, что и где уже построено. Разработчики и авторы проекта отмечают, что такими-же принципами руководствуется и человек в процессе сооружении своих городов.

Эмпайр-Стейт-Билдинг. Последовательные стадии строительства данной модели

Как утверждают создатели, данная система очень проста, ведь каждому роботу-строителю присвоен небольшой набор абсолютно одинаковых поведенческих правил. Система обладает нужной гибкостью в разного рода ситуациях, при этом всегда достигается конечный результат. Очень важно то, что такая система абсолютно лишена всех (а их не так уж и мало) недостатков при централизованном управлении, когда человеку необходимо проанализировать очень большой объем информации, найти оптимальное решение для всех задействованных элементов одновременно. Система автономных роботов дает превосходную возможность строить разного рода объекты в опасных ситуациях или труднодоступных районах планеты. Разработчики утверждают, что в недалеком будущем такие роботы-строители (естественно, намного больших размеров) обязательно займут свою нишу в строительном секторе и заменят тяжелую и опасную работу многих людей.

Читайте также