Inżynierowie MIT opracowują zwinne, latające mikroroboty naśladujące lot owadów

Wyobraźmy sobie przyszłość, w której maleńkie, inspirowane owadami latające roboty radzą sobie w sytuacjach kryzysowych, takich jak trzęsienia ziemi, przemykając między gruzami i poruszając się w miejscach niedostępnych dla większych dronów czy maszyn. Biorąc pod uwagę ich rozmiar i zwinność, mikroroboty te mogłyby manewrować w czasie rzeczywistym, aby unikać spadających gruzów. Choć koncepcja ta może wydawać się science fiction, postępy naukowe na MIT przybliżają nas o kilka kroków do urzeczywistnienia tej wizji.

Jak zamienić fikcję w rzeczywistość

Jeszcze do niedawna prędkość i zwrotność tych mikrorobotów nie mogły w pełni konkurować z prawdziwymi owadami. Potrafiły one latać, ale brakowało im zwinności niezbędnej w dynamicznym środowisku. Teraz jednak wszystko się zmienia. Inżynierowie z MIT opracowali oparty na sztucznej inteligencji system sterowania, który znacznie poprawia osiągi tych miniaturowych latających robotów. Jest to godny pochwały przełom, ponieważ roboty mogą teraz wykonywać szybkie, złożone manewry i prezentować akrobacje powietrzne przypominające zachowanie owadów, takie jak 10 salto w zaledwie 11 sekund.

Lot oparty na sztucznej inteligencji

Sekretem tego osiągnięcia jest nowatorski, dwuczęściowy system sterowania. Umiejętnie łączy on wysoką wydajność z efektywnością obliczeniową, zwiększając prędkość robotów aż o 450%, a ich przyspieszenie o 250%. Kevin Chen, profesor nadzwyczajny na Wydziale Elektrotechniki i Informatyki MIT, wyobraża sobie, że ich roboty poruszają się po obszarach, w których tradycyjne quadkoptery mają trudności z lataniem, zupełnie jak owady.

Od ponad pięciu lat laboratorium Chena zajmuje się opracowywaniem robotycznych owadów o rozmiarach zbliżonych do mikrokasety i lżejszych od spinacza biurowego. Roboty są napędzane przez miękkie, sztuczne mięśnie, które machają skrzydłami z niesamowitą prędkością. Jednak “mózg” robota, czyli sterownik, był ręcznie dostrajany przez inżynierów, co ograniczało jego szybkość reakcji i zwinność. Aby temu zaradzić, zespół zaprojektował sterownik oparty na sztucznej inteligencji we współpracy z profesorem Jonathanem P. Howem i jego laboratorium. Wynikiem tych prac jest dwuetapowe podejście obejmujące potężny sterownik modelowo-prognostyczny do planowania złożonych trajektorii lotu oraz algorytm uczenia głębokiego wytrenowany metodą naśladowania, służący do realizacji tych planów w czasie rzeczywistym.

Droga przed nami

Połączenie postępów w dziedzinie sprzętu oraz udoskonalonych algorytmów sterowania zapewniło robotowi zdolność do wykonywania zwinnych manewrów z niezwykłą precyzją. W trakcie testów robot wykonał 10 kolejnych przewrotów, utrzymując się w odległości zaledwie 4–5 centymetrów od zamierzonej trajektorii lotu, nawet pomimo podmuchów wiatru i komplikacji związanych z owijaniem się wokół niego przewodu zasilającego w trakcie lotu. Zespół uznał to osiągnięcie za kamień milowy na drodze do stworzenia w przyszłości robotów wielkości owadów, charakteryzujących się zwinnością podobną do ich biologicznych odpowiedników.

Co więcej, w ramach badań udało się odtworzyć zachowanie lotu znane jako “ruch sakkadowy”, obserwowane u owadów. Polega ono na gwałtownym zmianie nachylenia i hamowaniu w celu zlokalizowania i ustabilizowania obrazu – funkcja ta mogłaby pomóc w wyposażeniu mikrorobotów w pokładowe kamery i czujniki do autonomicznej nawigacji na zewnątrz. Chen dzieli się swoim entuzjazmem związanym z badaniem, w jaki sposób wbudowane czujniki mogłyby wspierać unikanie kolizji i skoordynowaną nawigację między wieloma robotami.

Naukowcy przewidują, że w przyszłych wersjach robota podobne funkcje zostaną wbudowane bezpośrednio w samą konstrukcję, nawet przy ograniczonych zasobach obliczeniowych. Dla społeczności zajmującej się mikrorobotyką może to oznaczać znaczący krok naprzód w kierunku stworzenia w pełni autonomicznych, latających robotów wielkości owadów.

Eksperci branżowi już dostrzegają potencjał tych badań. Sarah Bergbreiter, profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Carnegie Mellon, która nie była zaangażowana w badanie, pochwaliła je jako wskazówkę dotyczącą przyszłych robotów wielkości owadów, których zwinność dorówna ich biologicznym odpowiednikom. To tylko kwestia czasu, zanim będziemy świadkami urzeczywistnienia tej inspirowanej science fiction technologii, która przyniesie nam ogromne korzyści i pozwoli na znaczący postęp w naszym świecie.

Te przełomowe badania otrzymały wsparcie od Narodowej Fundacji Naukowej (National Science Foundation), Biura Badań Marynarki Wojennej (Office of Naval Research), Biura Badań Naukowych Sił Powietrznych (Air Force Office of Scientific Research), firmy MathWorks oraz programu stypendialnego im. Zakhartchenko. Aby uzyskać więcej informacji na temat tego niezwykłego przełomu, zapraszamy do zapoznania się z oryginalny komunikat prasowy.