一只双趾树懒移动了哥斯达黎加可可种植园的电缆。图片来源:M。Zachariah Peerystylechina.com。
如今的趋势是设计更快,更灵活,更逼真的机器人。虽然这种方法有很多好处,但所有那些华而不实的运动都消耗了很多能量。有时,缓慢而稳定更好。乔治亚理工学院的研究人员从动物王国中最节能(最懒惰)的生物之一中获取线索,设计出了SlothBot--一种超高效机器人,持续监测森林树冠的环境变化数月。
格鲁吉亚理工学院电气与计算机工程学院教授马格努斯·艾格斯泰特(Magnus Egerstedt)正在访问哥斯达黎加,当时他受到树懒的启发,开发了他所谓的“缓慢理论”。树懒似乎是每个人的“精神动物” - 吃饭,睡觉,整天在树上闲逛(有些树懒可以在树上度过一生)。这些动物以其极度缓慢的运动和缓慢的新陈代谢而闻名,这使得树懒每天长达22小时。但是树懒也是节能的主人,能够满足他们每天的卡路里需求,相当于小马铃薯。
“懒惰的生活非常缓慢,并且在日常水平上没有太多的兴奋,”威斯康星大学麦迪逊分校森林与野生动物生态系副教授Jonathan Pauli说。 ,他曾就该项目向佐治亚理工学院团队提供咨询。
“生命历史非常缓慢的好处在于你并不需要大量的能量输入。您可以在有限的区域内保持较长的持续时间和持久性,并且能够在很长一段时间内输入很少的能量。“
Egerstedt先前为成群的轮式或飞行机器人开发了控制算法。但是当Egerstedt必须开发一种用于树冠的环境监测机器人时,他可以想到没有比在树上生活一整天的生物更好的模仿。
“能耗比能量更重要的东西就是运动,”艾格斯特说。“移动比感知或思考要昂贵得多。对于环保机器人,你应该只在必要时移动。我们不得不考虑那会是什么样的。“
SlothBot具有一对供电的光伏板,以及3D打印齿轮和线切换机构。机器人实际上由两个通过致动铰链连接的主体组成。每个主体具有连接到轮辋的驱动马达,轮胎安装在轮辋上。从一根电缆切换到另一根电缆而不失败是研究人员必须解决的最大挑战。
“这是一个棘手的操作,你必须正确地提供一个故障安全过渡。确保开关在长时间内正常工作确实是最大的挑战,“研究生助理Gennaro Notomista说道。
到目前为止,SlothBot原型已经在大学校园的电缆网络上进行了测试。在未来,研究人员将安装一个3D打印的外壳,这将使机器人看起来像一个可爱的树懒,同时提供防雨和防风。这一阶段完成后,SlothBot将部署在亚特兰大植物园的树冠上。最终,这项新研究的作者希望在哥斯达黎加的可可种植园中看到SlothBot,那里还有真正的树懒。
“用于移动可可的电缆已成为树懒的高速公路,因为这些动物发现它们可以四处移动,”Egerstedt说。“如果一切顺利,我们将沿着电缆部署SlothBots以监控树懒。”
SlothBot在IEEE机器人和自动化快报期刊上发表的一项研究中有所描述,并在蒙特利尔机器人与自动化国际会议上发表。