使用振动来控制一群微型机器人

单个机器人可以成群结队地协同工作，在从建筑到监控的各个方面取得重大进展，但微型机器人的小规模非常适合药物输送、疾病诊断甚至手术。

尽管具有潜力，但微型机器人的大小通常意味着它们的感知、通信、运动和计算能力有限，但佐治亚理工学院的新研究增强了它们有效协作的能力。这项工作提供了一个新的系统来控制300个3毫米微毛机器人(微型机器人)的群，它们能够在没有机载感应的情况下可控地聚集和分散。

这一突破是佐治亚理工学院在电气和计算机工程以及机器人技术方面的专业知识以及推动跨学科合作所独有的。

“通过与机器人专家合作，我们能够‘缩小’单个机器人设计和群体控制之间的差距，”电气与计算机工程学院(ECE)的助理教授AzadehAnsari说。“所以我想不同的元素在那里，我们只是建立了联系。”

研究人员在IEEETransactionsonRobotics上介绍了这项工作，“控制一群微型鬃毛机器人中的碰撞诱导聚集”。

虽然较大的机器人可以通过感知环境并将这些数据无线发送给彼此来控制运动，但微型机器人不具备携带相同传感器、通信或动力单元的能力。在这项研究中，研究人员转而利用机器人间的物理交互来鼓励机器人蜂拥而至。

“微型机器人太小而无法解释和做出决定，但通过利用它们之间的碰撞以及它们如何响应频率和全局振动驱动的幅度，我们可以影响单个机器人的移动方式以及成百上千个微型机器人的集体行为机器人，”欧洲经委会博士郝志建说。学生。

这些行为或运动特性决定了微型机器人如何线性移动，以及它们旋转的随机性。通过使用振动，研究人员可以控制这些运动特性并进行运动诱导相分离(MIPS)。研究人员从热力学中借用了这个概念，当搅拌的材料可以将相从固态变为气态到液态时。研究人员操纵振动水平来影响微型机器人形成集群或分散以创造良好的空间覆盖。

为了更好地理解这些相分离，他们使用计算机视觉为300个机器人群开发了计算模型和实时跟踪系统。这些使研究人员能够分析微型机器人的行为和运动数据，这些数据会引起蜂群的特征。

“这个项目是第一个使用这种MIPS的完整管道，可以推广到不同的微型机器人群，”郝说。“我们希望人们会发现，使用物理交互是控制微型机器人的另一种新方法，这最初很难做到。”

合作创新

该项目的成功可归因于研究的跨学科性质。虽然ECE研究人员在构建微机电系统(MEMS)以制造计算机芯片或微型机器人等技术方面拥有专业知识，但机器人研究人员带来了建模经验。Ansari于2019年首次使用3D打印聚合物创建了微毛机器人，这促成了与IRIM主任、SethHutchinson教授和MagnusEgerstedt教授(现在就读于加州大学欧文分校)及其博士的合作。学生SidMayya和GennaroNotomista。

“我们更了解如何构建微型设备并驱动它们，他们也更了解算法、建模以及闭环和开环控制，”Ansari说。“所以，这是非常好的跨学科工作，因为每个小组都受益于其他人带来的新观点。”