Amerikaanse onderzoekers hebben simpele robotjes ontworpen die gezamenlijk voorwerpen kunnen transporteren en hinernisbanen kunnen afleggen, terwijl ze los niet eens zichzelf kunnen verplaatsen.

De wetenschappers, verbonden aan MIT, Columbia University, Cornell University en Harvard, bouwden een zogenoemd deeltjesrobotica-systeem. Elk van de cirkelvormige robotjes kan zich enkel open- en dichtvouwen, maar door in grote aantallen samen te werken en hun bewegingen te synchroniseren, kunnen ze hele parcoursen afleggen en objecten vervoeren.


Simulaties

De robotjes zijn losjes met elkaar verbonden, doordat hun buitenste ring bestaat uit magnetische delen. Elke robot is in ingevouwen toestand 15 centimeter groot en uitgevouwen ongeveer 23. Door zich goed getimed uit en in te vouwen, kunnen ze zich als groep verplaatsen. Ze zijn daarbij voorzien van sensoren die door licht worden aangetrokken. 

In de woensdag verschenen editie van het wetenschappelijke tijdschrift Nature tonen de makers hoe een twintigtal robotjes samenwerkt. Virtuele simulaties hebben al aangetoond dat die samenwerking ook functioneert als de groep bestaat uit 100.000 robotjes.


Statisch

De deeltjesrobots kunnen samen tal van vormen aannemen en ze manoeuvreren zich haast als een vloeistof langs hindernissen en door nauwe openingen. Het bijzondere is ook dat geen van de deeltjes direct met zijn naaste buurman communiceert. Dat betekent dat er eenvoudig robots kunnen worden weggenomen of toegevoegd aan de groep, zonder dat dit enige invloed heeft op het functioneren van het geheel. Het systeem werkt zelfs als een aantal van de robots defect is. 

'Het gaat om kleine robotcellen die op zichzelf weinig voorstellen, maar die als groep veel kunnen bereiken', zegt Daniela Rus, de directeur van het Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) en hoogleraar elektromechanica en computerwetenschappen in een persbericht. 'Elke losse robot is statisch, maar wanneer hij zich verbindt met andere deeltjesrobots, dan kan het collectief ineens complexe opdrachten uitvoeren.'

 

Kinderspeelgoed

Eerder al ontwikkelde Rus kubusvormige robots die samen konden optreden. Met hun ronde vorm zijn de nieuwe deeltjesrobots echter veelzijdiger en tot meer in staat. Zo kunnen ze zich op allerlei manieren hechten aan hun buurman in de groep. 

Elke robot heeft een cylindrische basis. Die bevat een kleine batterij, een motor, lichtsensoren, een microcontroller en een zendertje waarmee hij signalen kan versturen en opvangen. Op het robotjes is een Hoberman Flight Ring geïnstalleerd, een stuk kinderspeelgoed dat bestaat uit een cirkelvormige waaier die kan worden opengevouwen. Aan die waaier zitten de magneten. 


Lichtintensiteit

De robotjes zijn zo geprogrammeerd dat het vouwen gesynschroniseerd gebeurt - alleen dan kunnen ze zich als groep voortbewegen, richting de lichtbron. Om dat te bereiken is elk deeltje uitgerust met een algoritme dat voortdurend berekent hoeveel licht elk van de andere deeltjes opvangt. 

De sensoren stellen voortdurend de lichtintensiteit vast: hoe dichter de lichtbron is genaderd, hoe hoger die intensiteit is. Die informatie stuurt de robot door naar de andere robots in de groep. Deeltjes die de hoogste lichtintensiteit opvangen, vouwen zich het eerst open, de robots die het verst van het licht vandaan staan het laatst. 


Lichaamscellen

'Zo ontstaat een mechanische, gecoördineerde expansiegolf die een groep robotjes in de richting van de lichtbron beweegt', zegt Shuguang Li, een van de andere onderzoekers. 

De onderzoekers willen de robotjes nog kleiner maken, tot uiteindelijk microscopische afmetingen. Dan lijken ze helemaal op de lichaamscellen waar de onderzoekers hun inspiratie vandaan hebben. 

Foto: Felice Frankel