Klebende Schwarmroboter bewegen sich wie lebendige Materie

Sobald sie jedoch miteinander verbunden sind, verhalten sie sich wie ein koordiniertes Kollektiv, das Hindernisse und Steigungen bewältigen kann. Die Forscher betonen, dass die Roboter auf „mechanische Intelligenz" statt auf fortgeschrittene Rechenleistung oder Kommunikationssysteme zurückgreifen.

Ihre physikalischen Wechselwirkungen ermöglichen es, dass sich eine koordinierte Bewegung natürlich entwickelt, während die Module sich beim Fortbewegen kontinuierlich verbinden und trennen. „Anstatt auf explizite Berechnungen und Kommunikation zu vertrauen, verlagert das System die Intelligenz in die Form der Roboter und ihre physikalischen Wechselwirkungen", sagte die korrespondierende Autorin Kirstin Petersen, Associate Professor für Elektrotechnik und Informatik an der Cornell University.

Jeder Roboter ist etwa 200 Millimeter lang und 20 Millimeter breit. Ein kleiner interner Motor treibt das Modul an, um wiederholt zwischen einer „I"-Form und einer „U"-Form zu wechseln und dabei Kräfte zu erzeugen, die es vorwärts über Oberflächen schieben.

Sicherheitslage und Risiko

Schwache Velcro-Patches an beiden Enden ermöglichen es benachbarten Modulen, sich beim Bewegen vorübergehend anzuhaken und wieder zu lösen. Roboter bewegen sich wie Flüssigkeiten: Wenn die Roboter Ketten bilden, ändert sich ihr Verhalten drastisch.

Auf geneigten Flächen bewegten sich die verketteten Module zuverlässiger als einzelne Einheiten, die je nach Ausrichtung häufig stockten. In Hindernisreichen Umgebungen verhielten sich die Ketten ähnlich wie fließende Materialien.

Verbindungen bildeten sich zur Aufrechterhaltung der Gruppenkohäsion, wurden aber auch bei Bedarf getrennt, um ein Steckenbleiben zu vermeiden. „Es spielt keine Rolle, ob ein Modul einen defekten Akku hat oder aus anderen Gründen ausfällt", sagte Erstautorin Danna Ma. „Das System bleibt funktionsfähig, weil es sich anpassen kann.

Was die Studie zeigt

Es ist redundant und hängt nicht." Die Forscher betonten, dass das Design es dem System ermöglicht, auch dann noch zu funktionieren, wenn einige Roboter ausfallen. Da keine zentrale Steuerung die Bewegung dirigiert, kann sich das Kollektiv dynamisch neu organisieren.

Zudem zeigten die Teammitglieder, dass der Zusatz einer geringen Menge an Sensorik die Koordination verbessert.

Wenn ein Roboter sich, sendet er ein hörbares Summsignal, das benachbarte Module veranlasst, langsamer zu werden und dem isolierten Roboter Zeit für die Wiederverbindung gibt. „Es gibt keine zentrale Steuerung oder Wahrnehmung", sagte Ma. „Jedes Modul kann durch die Stärke der Stöße erkennen, wann der Kontakt zur Gruppe verloren geht, und nutzt dann ein hörbares Summen, um benachbarte Module zu verlangsamen, während es nachholt.

So einfach ist das." Das Forschungsteam

So einfach ist das." Das Forschungsteam des Georgia Institute of Technology hat den Robotermodul ursprünglich entwickelt. Das Team der Cornell University hat das System im Laufe der Jahre durch Tests und statistische Analysen weiter verfeinert, um die Effektivität der Verbindung und gemeinsamen Bewegung der Roboter in großen Schwärmen zu verbessern.

Das Cross-Link Collective nimmt sich aktiver Gele zum Vorbild, Materialien, deren molekulare Bindungen ständig entstehen und brechen, während die Gesamtstruktur erhalten bleibt.

Die Forscher glauben, dass diese Arbeit dazu beitragen kann, die Entwicklung fördern, die in unvorhersehbaren Umgebungen der realen Welt eingesetzt werden. „Es ist hilfreich für uns, bereits jetzt darüber nachzudenken, welche physikalischen Eigenschaften wir in ein System selbst einbetten können, da Roboter zunehmend in hochgradig unzuverlässigen und dynamischen Szenarien der realen Welt zum Einsatz kommen", sagte Petersen.

Die Studie wurde in der Zeitschrift Science Robotics veröffentlicht.