18新利最新登入Kilobots如何工作

满足Kilobot。顺时针方向从左上角,你看着顶部,底部,分别侧和前视图。你也可以看到不同部分Kilobot: a)振动马达,B)锂离子电池,C)支撑腿,D)红外发射器/接收器和E)。看到更多的机器人的图片
图片由迈克尔•鲁宾斯坦尼古拉斯·霍夫和库马拉斯Nagpal

举办一个非常有趣的后院野餐会的时候与朋友后,你开始有意思的清理过程。尽管你的决心,你可能会留下一些面包屑,残余的后院野餐会画大自然的最好的团队之一。

它始于一群饿了蚂蚁朝着那堆碎薯片水泥。一块一块的,蚂蚁收集屑携带回巢。小昆虫是共同努力,帮助提升倒好几次他们的大小。集体行动,他们实现了单枪匹马一个人不能做什么。

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如果我们可以设计机器人这样的蚂蚁,能够独立和工作作为一个更大的整体?在大多数情况下,创建小军队的机器人昂贵和耗时的,顶级的科学家坚持在真实的计算机模拟。

输入Kilobots。哈佛大学的研究人员创造了一个小机器人,希望创建一个简单和廉价的方法来测试算法——或编程的步骤来解决问题——在一群很多机器人。截至2012年3月,该集团创造了成群的Kilobots小,与更大的目标是建立一个“千比特”Kilobots:集体的1024人(项目而得名)[来源:鲁宾斯坦]。

这些简单的机器可以帮助测试和开发复杂的行为在其他类型的机器人。Kilobot支持者说系统调整机器人能找到从倒塌的建筑物或援助和救援的人清理粘油粘稠从污染环境。

认为Kilobots测试车队:他们不一定拥有的品质,像车轮一样,其他机器。相反,他们正在操场上,科学家可以实验和沉没之前挑出任何问题的编程研究资金投入更大,更复杂的机器人。

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制作一个群

指挥一个机器人行动可能是小事一桩,但让整个团队操作相同的精度并不是那么容易,或者便宜。

Kilobots最大的亮点之一是简单的设计和低廉的价格。迈克尔·鲁宾斯坦帮助开发机器人与其他哈佛大学的研究人员说,压低成本和装配时间是一个优先级。

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每个组件都有一个基本的使用,无论是移动或信号的机械的伙伴。Kilobots是独一无二的,他们呆在“睡眠模式”,直到召见的开销控制器。一个人可以把整个群Kilobots“on”发出一个信号——而非手动开关”“每一个机器人。

如果一个1.3英寸(33-millimeter) Kilobot是什么你的心欲望,这是一个基本的列表,你需要带一个生命[来源:鲁宾斯坦等。,K-Team集团。]:

  • 一个圆形,印刷电路板(PCB)作为机器人的基础
  • 一个充电锂离子电池,生活3到10个小时
  • 两个振动马达,将机器人在圆和直线(同样的原则,使得手机振动时跨越一个表)
  • 三个刚性腿支持提升机器人大约4/5英寸(2厘米)高于给定的表面
  • 一个多向红外线发射器和接收器,位于底部的机器人
  • 一个LED灯、信号的红色、绿色和蓝色
  • 一个开销控制器通过红外信号广播消息在一个3英尺(1米)直径以下单位
  • 一个控制站——电脑输入命令
  • 一个充电站
  • 理想的平坦区域反射红外线(通常是一个白色的表面)

完成了DIY吗?让我们深入Kilobots可以做什么。

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Kilobots在行动

左边的Kilobot被反弹了传输信号表右边的Kilobot,接收它。
图片由迈克尔•鲁宾斯坦尼古拉斯·霍夫和库马拉斯Nagpal

我们说过。我们再说一遍:Kilobots被设计成最终的算法测试人员。

假设紧急救援人员想把机器人的场景搜救任务。他们需要知道机器可以相互通信。18新利最新登入这就是Kilobots尤其有用,因为测试假人。

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每一个机器人能反射红外线信号地面旁边另一个机器人,让它感觉它与其他群(见图)。跳跃,信号也可以确保机器人的一个邻居在同一页面任务应该是何时、如何执行。18新利最新登入知道其他机器人是至关重要时定位对象在给定的环境中,把他们拉回基地。

到目前为止,有三种基本群行为Kilobots掌握:觅食,形成控制和同步。

觅食这听起来像是:指挥机器人驱散和探索周围的区域。Kilobots,这个想法是为了削弱觅食的时间在一个特定的位置。这里信号群方便他人。研究员迈克尔•鲁宾斯坦帮助设计的机器人,说觅食作为一个群体比个人更有效,特别是在紧急情况下。

“如果有一个从地震倒塌的建筑物,还有的人被困在那栋大楼——如果你送一个机器人可能需要更长的时间来找到那个人比如果你送一大群机器人找到那个人,”他说。虽然倒塌的建筑物和平坦,白板是完全不同的环境,用于导航的算法都是相似的。

另一个有效的群的重要组成部分形成控制异口同声地表现的能力,或在一个特定群体的一部分。通过保持互相沟通,Kilobots拥有一个虚拟轴承传感器,让每一个现实意义上的地位。而不是使用硬件来实现这一目标,Kilobots将就用基本软件和更高级的算法。执行复杂的行为与尽可能少的硬件包括Kilobots的精神。

在一个系统,每一个机器人预计将在相同的页面上,同步很重要。如果群体的一部分,需要一定的时间执行一个任务切换到另一个秒后,整个组必须有相同的内部时钟。可视化的一个方法就是想象一群1000 Kilobots,每个使用它的LED灯代表一个像素在一个更大的视频,可以从上面。知道哪种颜色信号在任何给定的时间,每个Kilobot必须使用相同的时钟。

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小机器人,产生重大影响

虽然他们是学术界宠儿,Kilobots显示承诺在现实世界中。18新利最新登入他们是各种各样的绘画板。说一些启发研究者的梦想建立一个群昆虫机器人授粉作物。他或她将受益于测试Kilobots第一。

娇小的机器人还可以阐明群体智慧,或一组的集体行为,以及如何更好地管理大帮派的机器人。18新利最新登入

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例如,采取集体运输。蚂蚁雇佣行为携带食品(如土豆片屑)回巢。研究人员发现某个人——蚂蚁和机器人——在这个过程中发挥特殊的作用。有些人可能会创建一个链状的途径,指导觅食回巢,而另一些则负责合作的对象从一个地方到下一个。在Kilobot舞台上,测试相同的原则可以帮助学校机器人如何检测和在给定的环境中——就像清理垃圾18新利最新登入石油泄漏为例。

他们也可能派上用场做出更好的地图或环境的快照。机器人可以通过探索区域并创建一个空间地图供参考。其他任务可能包括作物授粉或领先搜救操作[来源:拉特]。

迈克尔•鲁宾斯坦Kilobots发明的科学家们说,未来的研究将集中在提出新算法更容易控制群。编程机器人执行集体运输活动,想办法从机器人创建有用的形状(比如建筑物的倒塌的部分)仍然是优先考虑的事情。谁知道呢,也许Kilobots将激发机器人类似于科幻小说的最爱呢变形金刚。这个想法是聪明的,小机器人,可以连接到形成一个更大、更强大的一个。

鲁宾斯坦说,仍有很多改进的余地。构建一个1000机器人群体采取了时间。尽管Kilobots可以自我纠正,他们缺乏精度旅行时在更远的距离。

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作者的注意

蚂蚁群比它大几倍的物体和毫不费力地捡起来(或似乎方式)。但有一整层的沟通我们失踪的如果我们不仔细观察。如果我们想要具有类似功能的智能机器,我们从自然需要一些技巧。最让我震撼的时候写Kilobots不是机器人本身,但所需的详细级别工作程序和算法。Kilobots只是冰山一角时,迷人的思想研究人员正在测试。这些微小的、机械的军队作为一个提醒的整洁和复杂的世界,并试图理解它是如何的一半乐趣。18新利最新登入

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来源

  • K-Team移动机器人。“Kilobot。”(March10, 2012) http://www.k-team.com/mobile-robotics-products/kilobot/introduction
  • 鲁宾斯坦,迈克尔。“18新利最新登入Kilobots是如何工作的。”Personal interview. March 13, 2012.
  • 迈克尔·鲁宾斯坦,et al。“Kilobot:低成本可伸缩的机器人系统集体行为。”科技nical Report. 2011. (March 10, 2012).ftp://ftp.deas.harvard.edu/techreports/tr-06-11.pdf
  • 拉特、迈克尔·帕特里克。“Kilobots离开巢!”Harvard School of Engineering and Applied Sciences. Nov. 21, 2011. (March 10, 2012).http://www.seas.harvard.edu/news-events/press-releases/kilobots-are-leaving-the-nest

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