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Das Team entwirft Roboter, um Dinge in chaotischen, unvorhersehbaren Situationen zu bauen
Forscher der Harvard University und der SUNY in Buffalo entwerfen Roboter, die außerhalb idealer, vorhersehbarer Umgebungen wie Lagerhäusern oder Fabriken funktionieren und stattdessen an Orten arbeiten, an denen unerwartete Hindernisse auftreten können und an denen Vorhersagealgorithmen nicht verwendet werden können, um mehrere tausend Schritte zu planen voaus. Das Ziel solcher Builder-Bots, die für den Umgang mit inkonsistenten und formbaren Baumaterialien ausgelegt sind, besteht darin, als Katastrophenhelfer eingesetzt zu werden.
Einer der Roboter des Harvard-Teams hat weder oben noch unten. Es kann auch nach einem Sturz und Umkippen weiterarbeiten.
Radhika Nagpal, Professorin für Informatik in Harvard, und Nils Napp, Assistenzprofessor für Informatik an der SUNY in Buffalo und ehemaliger Postdoktorand in Nagpals Labor, haben zwei Roboter entwickelt: einen, der expandierbaren, selbsthärtenden Schaum ablagert, und einen anderen die Sandsäcke schleppt und stapelt.
Roboter, die für den Bau gebaut wurden, können normalerweise nur diskrete Materialien wie Blöcke oder Ziegel handhaben. Die Materialien, aus denen diese neuen Roboter bauen, sind in einer Reihe von realen Umgebungen nützlich, aber sie sind höchst unvorhersehbar. Der Schaum kann an den meisten Oberflächen haften und sich ausdehnen, um Löcher zu füllen, aber er beginnt als Flüssigkeit, sodass es unmöglich ist, genau zu wissen, wie weit er läuft, bevor er aushärtet; Sandsäcke werden in der Katastrophenhilfe häufig als Stützmauern eingesetzt, aber das darin enthaltene Granulat neigt dazu, sich zu verschieben, wenn man es manipuliert.
Um dieser Unberechenbarkeit entgegenzuwirken, sind die Roboter von Nagpal und Napp mit einem Infrarotsensor ausgestattet, der Scans durchführt und die Umgebung zwischen dem Verlegen eines Baumaterials bewertet. Der Scan ist ein wesentlicher Bestandteil, um die Bots so anpassungsfähig zu machen.
Diese Roboter müssen während ihrer Arbeit kontinuierlich überwachen und neu planen, sagt Napp. Das ist etwas, was Tiere tun und was Roboter oft nicht tun.
Mithilfe eines Algorithmus, der als Schleife funktioniert – scannen, die Umgebung bewerten, das Material verlegen, erneut scannen, die Änderungen der Umgebung bewerten, mehr Material verlegen usw. – können die Roboter iterativ bauen, während sie gehen, und berücksichtigen alle Änderungen in der Umgebung sowie alle Änderungen am Material, das sie verwenden.
Das Team konzentriert dieses anpassungsfähige System derzeit auf den Bau von Rampen, eine relativ einfache Struktur mit praktischen Anwendungen: Sie können verwendet werden, um zwei Punkte zu verbinden, und sie haben auch viel Flexibilität im Design.
Das System ist für jeden kletternden, manipulierenden Roboter anwendbar, der unvorhersehbare Materialien verwendet, nicht nur Schaumstoff oder Sandsäcke. Nagpal sagt auch, dass das System mit Multi-Roboter-Teams arbeiten kann. Da der Algorithmus anpassungsfähig ist, spielt es keine Rolle, ob die Unsicherheit, mit der ein Roboter konfrontiert ist, von der Umgebung, einem Material oder dem Verhalten eines anderen Roboters herrührt.
Die Forscher beginnen gerade damit, das System in zunehmend unvorhersehbaren Umgebungen zu testen. Die nächste Stufe wird darin bestehen, einen Roboter so zu konfigurieren, dass er in Situationen gebaut werden kann, in denen er nicht weiß, welche Materialien verfügbar sein werden.