بلاگ رباتیک

مکعب های رباتیکی که فضانورد شدند!

مکعب های رباتیکی که فضانورد شدند!

مکعب‌های رباتیکی در فضا تغییر شکل می‌دهند!

اگر بخواهید از دو گروه ربات‌های بزرگ و متمایز از هم و گروه ماژول‌های رباتیکی کوچک، یکی را انتخاب کنید و به فضا بفرستید، ممکن است که گروه دوم را انتخاب کنید! ربات‌های ماژولار، مانند ربات‌هایی که در فیلم‌هایی مانند “Big Hero 6” نشان داده شده‌اند، وعده‌هایی را برای توانایی‌های خودمونتاژ شدن و پیکربندی مجدد ربات‌ها می‌دهند. اما با وجود تمام تمایلات بلندپروازانه برای استقرار سریع و قابل اعتماد در حوزه‌هایی که به اکتشاف فضا، جستجو و نجات گسترش می‌یابد، ربات‌های ماژولاری که تا به امروز ساخته شده‌اند، هنوز کمی درهم و برهم هستند. اینگونه ربات‌ها معمولاً از انباری از موتورهای بزرگ و گران‌قیمت ساخته می‌شوند تا حرکت را آسان‌تر کنند و تمرکز بسیاری را بر روی معماری‌های مقیاس‌پذیرتر (هم از نظر کمیت و هم از نظر اندازه کوچکتر) نیاز دارند.

دانشمندان آزمایشگاه علوم کامپیوتر و هوش مصنوعی MIT (CSAIL) با استفاده از الکترومغناطیس (میدان‌های الکترومغناطیسی که در اثر حرکت جریان الکتریکی تولید می‌شوند)، خواستند تا از پر کردن معمول محرک‌های حجیم و گران قیمت در بلوک های جداگانه جلوگیری کنند. در عوض، آن‌ها آهن‌ربای‌های الکترومغناطیس کوچک و ارزان‌قیمتی را در لبه‌های مکعب‌ها قرار دادند. همان‌طور که می‌دانید، آهنرباها اجسام رسانا را دفع و جذب می‌کنند و به ربات‌ها اجازه می‌دهند تا دور یکدیگر بچرخند، حرکت کنند و به سرعت شکل خود را تغییر دهند.

الکترووکسل چیست؟

طول ضلع الکترووکسل‌ها (ElectroVoxels) در حدود 60 میلی‌متر است و آهنرباها از هسته هیدراکسید آهن (به نظر می‌رسد مانند لوله‌های کوچک سیاه رنگ هستند) که با سیم مسی پیچیده شده‌اند، که مجموعاً هزینه خیلی زیاد آن تنها 60 سنت است! در داخل هر مکعب، بردهای مدار چاپی کوچک و لوازم الکترونیکی وجود دارد که جریان الکترومغناطیسی را از طریق آهنربای الکتریکی مناسب، در جهت درست می‌فرستند.

برخلاف لولاهای سنتی که نیاز به اتصال مکانیکی بین دو عنصر دارند، الکترووکسل‌ها کاملاً بی‌سیم هستند و نگهداری و ساخت مکعب‌ها را برای یک سیستم در مقیاس بزرگ بسیار آسان‌تر می‌کنند.

الکترووکسل‌ها مکعب‌های رباتیکی هستند که می‌توانند با استفاده از آهنرباهای الکتریکی پیکربندی مجدد کنند. مکعبها برای حرکت به موتور یا سوخت نیاز ندارند و می توانند در گرانش میکرو کار کنند.

نرم‌افزاری برای تجسم بهتر حرکت مکعب‌های رباتیکی

برای تجسم بهتر اینکه دسته‌ای از بلوک‌ها در هنگام تعامل چگونه به نظر می‌رسند، دانشمندان از برنامه‌ریز نرم‌افزاری استفاده کردند که پیکربندی‌های مجدد را تجسم می‌کند و تخصیص‌های الکترومغناطیسی زیرین را محاسبه می‌کند. یک کاربر می‌تواند تا هزار مکعب را تنها با چند کلیک دستکاری کند یا از اسکریپت‌های از پیش تعریف شده‌ای استفاده کند که چندین چرخش متوالی را رمزگذاری می‌کند. این سیستم واقعاً به کاربر این امکان را می‌دهد تا سرنوشت بلوک‌ها را در حد معقول هدایت کند. (می‌توانید سرعت را تغییر دهید، آهن‌رباها را برجسته کنید و حرکات لازم را برای جلوگیری از برخورد نمایش دهید. می‌توانید به بلوک‌ها دستور دهید شکل‌های مختلفی به خود بگیرند. مثل تبدیل یک صندلی به یک کاناپه، چون ممکن است که کسی به هر دو نیاز داشته باشد.)

بلوک‌های کوچک ارزان قیمت به‌ویژه برای محیط‌های ریزگرانشی مناسب هستند، جایی که هر سازه‌ای که می‌خواهید به مدار پرتاب کنید، باید در داخل موشک مورد استفاده برای پرتاب قرار بگیرد. پس از آزمایش‌های اولیه بر روی میز هوا، الکترووکسل‌ هنگام آزمایش در یک پرواز ریزگرانشی، با انگیزه کلی ابزارهای اکتشاف فضایی بهتر مانند پیکربندی مجدد بدون سوخت یا تغییر ویژگی‌های اینرسی یک فضاپیما، بی‌وزنی واقعی را یافت.

برای مثال، با استفاده از محرک بدون سوخت، نیازی به پرتاب سوخت اضافی برای پیکربندی مجدد نیست، که این امر بسیاری از چالش‌های مرتبط با جرم و حجم پرتاب را برطرف می‌کند. پس امید این است که این روش پیکربندی مجدد بتواند به تلاش‌های فضایی بی‌شمار آینده کمک کند: تقویت و جایگزینی سازه‌های فضایی در پرتاب‌های متعدد، سازه‌های موقت برای کمک به بازرسی فضاپیما و نیز کمک به فضانوردان، و مکعب‌هایی که به‌عنوان ظروف ذخیره‌سازی که خود مرتب‌شونده نیز هستند، عمل می‌کنند.

نحوه کار الکترووکسل‌ها از نظر دانشمندان

Dario Izzo، سرپرست تیم مفاهیم پیشرفته در آژانس فضایی اروپا می‌گوید: « الکترووکسل‌ نشان می‌دهد که چگونه می‌توان یک سیستم کاملاً قابل پیکربندی مجدد را مهندسی کرد و جامعه علمی ما را در معرض چالش‌هایی قرار می‌دهد که برای داشتن یک سیستم رباتیک ماژولار کاملاً کاربردی در مدار، باید با آن‌ها مقابله کرد. این تحقیق نشان می‌دهد که چگونه مکعب‌های محوری با محرک الکترومغناطیسی برای ساخت، کار و نگهداری ساده هستند و سیستمی انعطاف‌پذیر، ماژولار و قابل پیکربندی مجدد را قادر می‌سازد تا بتواند الهام‌بخشی برای طراحی اجزای هوشمند مأموریت‌های اکتشافی آینده باشد».

برای اینکه بلوک‌ها حرکت کنند، باید یک رشته‌ای را دنبال کنند، مانند قطعات کوچک خانه‌سازی که همگن هستند. در این مورد، سه مرحله برای توالی پلاریزاسیون(قطبی شدن) وجود دارد: پرتاب، سفر، و گرفتن،  هر فاز دارای یک مکعب مسافرتی (برای حرکت)، یک مبدا (محل پرتاب مکعب مسافر)، و مقصد (که مکعب مسافر را می گیرد) است. کاربران نرم‌افزار می‌توانند تعیین کنند که کدام مکعب را در چه جهتی بچرخانند، و الگوریتم به طور خودکار توالی و آدرس تخصیص‌های الکترومغناطیسی مورد نیاز برای تحقق آن (دفع، جذب یا خاموش کردن) را محاسبه می‌کند.

برای کارهای آینده، حرکت از فضا به زمین، گام طبیعی بعدی برای الکترووکسل‌ها است، که نیازمند انجام مدل‌سازی و بهینه‌سازی دقیق‌تر این آهن‌رباهای الکترومغناطیسی برای پیکربندی مجدد در برابر گرانش است.

Martin Nisser، دانشجوی دکترای MIT CSAIL، نویسنده اصلی مقاله‌ای در مورد الکترووکسل می‌گوید: «هنگام ساختن یک سازه بزرگ و پیچیده، نمی‌خواهید به خاطر در دسترس بودن و تخصص افرادی که آن را مونتاژ می‌کنند، به اندازه وسیله نقلیه خود یا شرایط محیطی نامطلوب محل مونتاژ محدود شوید. در حالی که این بدیهیات روی زمین صادق است، اما برای ساختن اشیا در فضا به شدت ترکیب می‌شوند. اگر می‌توانید ساختارهایی داشته باشید که خود را از ماژول‌های ساده و همگن جمع‌آوری می‌کنند، می‌توانید بسیاری از این مشکلات را برطرف کنید. بنابراین، در حالی که مزایای بالقوه در فضا بسیار زیاد است، تناقض در این است که دینامیک مطلوب ارائه شده توسط ریزگرانش، به این معنی است که برخی از این مشکلات در واقع آسان‌تر حل می‌شوند. در فضا، حتی نیروهای کوچک می‌توانند چیزهای بزرگ را به حرکت درآورند. با استفاده از این فناوری برای حل مشکلات واقعی کوتاه مدت در فضا، امیدواریم بتوانیم این فناوری را برای استفاده در آینده روی زمین نیز تکثیر کنیم».

معرفی گروه تحقیقاتی طرح مکعب‌های رباتیکی فضانورد

Nisser این مقاله را در کنار Leon Cheng و Yashaswini Makaram از MIT CSAIL؛ Ryo Suzuki، استادیار علوم کامپیوتر در دانشگاه Calgary؛ و پروفسور Stefanie Mueller از دانشگاه MIT نوشت. آن‌ها این کار را در کنفرانس بین المللی رباتیک و اتوماسیون 2022 در روز چهارشنبه 01 تیر 1401 ارائه خواهند کرد. این کار تا حدی توسط موسسه MIT Space Exploration Initiative پشتیبانی شد.



مطالب زیر را حتما مطالعه کنید


نظرات


برای ثبت نظر وارد وبسایت شوید

ما را در اینستاگرام دنبال کنید @RobaticSchool