Het is onderzoekers gelukt individuele minirobotjes zo te programmeren dat ze samen een robot maken die van vorm en grootte kan veranderen en zichzelf kan repareren.
Robots die modulair zijn samengesteld uit allemaal kleine minirobotjes zijn er is inmiddels volop. Elke afzonderlijke module heeft bepaalde eigenschappen: de een doet bijvoorbeeld waarnemingen, de andere kan snijden of iets oppakken, en een van de modules functioneert als controller. Samen vormen ze dan een robot die al die taken met elkaar combineert: waarnemen, iets oppakken, enzovoorts. In zo'n robot ligt alles vast en zijn alle functies bepaald: iedere module doet zijn eigen taak, de samengestelde robot is de optelsom van wat de afzonderlijke modules kunnen.
Versmolten
De onderzoekers van de universiteiten van Brussel, Lissabon en Lausanne hebben nu een samengestelde robot ontwikkeld die helemaal anders functioneert, namelijk als een versmolten geheel. Niet versmolten in de letterlijke zin, maar wel in het functioneren van de afzonderlijke modules. Dat betekent dat modules zich kunnen samenvoegen tot één als geheel functonerende robot, of juist van elkaar kunnen afsplitsen en bijvoorbeeld twee kleinere samengestelde robots vormen. Die samengestelderobot kan ook verschillende vorm aannemen: een spiraal, een v-vorm, en wat niet al. Essentieel is dat welke configuratie de afzonderlijke modules ook maken, ze blijven als geheel functioneren en kunnen nog steeds taken uitvoeren. Anders gezegd, deze samengestelde robot blijft functioneren, welke vorm en omvang hij ook aanneemt. De onderzoekers noemen dit een Mergeable Nervous System (MNS) robot. Ze publiceerden erover in Nature Communications.
Het voordeel van deze aanpak is dat de samengestelde robot zich in afzonderlijke robots kan splitsen, robotmodules kan opnemen die een bepaalde taak kunnen uitoefenen, modules die het niet goed doen kan vervangen door andere, en toch blijft die samengestelde robot werken.
Verschillende vormen
De illustratie hieronder geeft een voorbeeld: in stap 1 heeft de samengestelde robot een spiraalvorm, de rood gekleurde module is de controller. In stap 2 splitst de robot zich, en iedere module wordt een zelfstandige robot. In stap 3 voegen zeven robotjes zich samen tot een v-vorm, waarbij één ervan de controlefunctie krijgt, en dat gaat zo verder. Steeds weer functioneert de samengestelde robot als een geheel, wat zijn vorm en grootte ook is.
Bijzonder is ook dat het gedrag van de modules zich aanpast aan de robot die ze met elkaar vormen. Komt er bij de afzonderlijke robotmodules een bepaalde actuator, in de video hieronder een groen schijnend paaltje, dan hebben ze de instructie zich van het paaltje af te bewegen, heel ingewikkeld is dat niet. Maar vormen ze een samengestelde robot van bijvoorbeeld zeven van die modules, dan zal die zich als geheel van het paaltje af bewegen. Het betekent dat de afzonderlijke modules er bij hun beweging rekening mee houden dat ze aan elkaar vast zitten, zie de video hieronder.
Dit lijkt eenvoudig, maar is best gecompliceerd. Je begint met twee afzonderlijke samengestelde robots, elk met zijn eigen controller. Wanneer die samenvoegen ontstaat er een nieuwe configuratie, waarbij een van de controllers in functie blijft. Maar die moet dan wel informatie krijgen hoe het nieuwe toegevoegde deel eruit ziet wil hij dat kunnen aansturen.
Een en ader wordt hieronder geïllustreerd. De ene robot bestaat uit de modules A-C, de andere uit D-G. In de diagrammen staat het zelfbeeld van elke module. F ziet zichzelf als alleenstaand, G weet dat achter hem nog een module zit, enzovoorts.Vormen beide robots één geheel, dus D koppelt aan B, dan krijgt B een update: hij heeft niet alleen twee modulen aan weerzijden, maar nu ook een 'staart'. Die informatie wordt vervolgens doorgegeven aan module A, de controller, zodat die weet wat voor nieuwe robot hij moet aansturen.
Om dit alles mogelijk te maken gebruikt de controller commando’s die naar alle modules gaan. Die commando's worden op zo'n manier verstuurd dat alleen de module die het aangaat er gebruik van maakt. Omgekeerd zorgt elke module ervoor dat zijn waarnemingen naar de controller gaan. Verder wordt bij elke informatietransactie tussen de afzonderlijke modules doorgegeven wat de positie van elke module is ten opzichte van die waar hij aan vast zit. Op die manier kan de controller zijn commando's voorzien van een 'adres': dat commando is alleen bedoeld voor de module die zich op een bepaalde positie bevindt, zie verder de illustratie hieronder.
Het systeem is zo opgezet dat modules ook als knoop in een netwerk functioneren en commando’s kunnen doorgeven aan de modules die er aan vast zitten. Zo laat de afbeelding hieronder zien dat twee modules signaleren dat er een groen paaltje aan komt, dat signaal wordt door de module die in het midden van dit specifieke netwerk zit doorgegeven aan de controller. Die geeft vervolgens het commando dat de modules van het paaltje af moeten bewegen, en dat commando wordt door diezelfde module in het midden doorgegeven aan de modules waarmee hij is verbonden.
Een bijzondere eigenschap van deze samengestelde robot is dat hij kapotte modules kan vervangen, terwijl het geheel zo goed mogelijk blijft functioneren. Andere modules nemen dan de controletaak over, en de modules hergroeperen zich tot een nieuwe robot die zo veel mogelijk lijkt op de oude, maar dan met één module minder, zie de video hieronder.
Een praktische toepassing is hieronder te zien. Een bepaalde robotmodule is geschikt om een steen waar te nemen, maar die moet worden getransporteerd. Zodra die module een andere robotmodule ziet die kan transporteren, koppelen ze aan elkaar: de ene module is nog steeds de warnemer en geeft richting, de andere kan de steen oppakken.
Het uiteindelijke doel van de onderzoekers is om dit systeem driedimensionaal te maken, zodat de samengestelde robot zich in alle richtingen kan verplaatsen. Ze willen zo een robot maken die zich kan aanpassen aan specifieke omstandigheden: vaardigheden, vorm en omvang worden dan toegesneden op de taak die de robot moet verrichten.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.