Roboți BEAM
Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de
versiunea revizuită pe 23 martie 2021; verificările necesită
2 modificări .
Robots BEAM - Cuvântul BEAM este o abreviere pentru Biologie , Electronică , Estetică , Mecanică . Acesta este termenul pentru principiul construirii roboților folosind circuite analogice simple (de exemplu, comparatoare ) în loc de microprocesoare .cu scopul de a realiza un design neobișnuit de simplu (comparativ cu roboții mobili tradiționali) care sacrifică flexibilitatea de dragul fiabilității și eficienței în îndeplinirea unei sarcini specifice. Cu toate acestea, există excepții care folosesc mai mult decât circuite analogice (numite „mutanți”). Roboții BEAM sunt de obicei un set de circuite analogice menționate mai sus (replicarea neuronilor biologici) care permit robotului să interacționeze cu mediul de lucru.
Mecanisme și principii
Principiile de bază ale BEAM se bazează pe capacitatea unei mașini de a răspunde la stimuli externi. Mecanismul de simulare a comportamentului neuronilor folosind circuite a fost inventat de Mark Tilden. Dezvoltari similare au fost realizate anterior de Ed Ritman (lucrarea „Experimente în domeniul circuitelor neuronale artificiale”). Lanțul Tilden este adesea comparat cu un registru de deplasare, dar unele caracteristici distinctive îl fac util pentru utilizare în roboții mobili. Există și alte principii și se aplică în diferite grade:
- Utilizați cât mai puține componente electronice ( principiul KISS )
- Utilizați deșeurile electronice în crearea unui robot
- Utilizați energie radiantă (cum ar fi lumina soarelui)
Există mulți roboți BEAM care folosesc panouri solare pentru a alimenta motorul, ceea ce le permite să lucreze autonom în diferite condiții de iluminare. Pe lângă circuitele Tilden extrem de simplificate, tehnologia BEAM a oferit producătorilor de roboți și alte instrumente utile. Comunitatea BEAM documentează și difuzează proiecte pentru motoare solare, circuite H-bridge , senzori tactili și robotică de dimensiunea palmei.
roboți BEAM
Concentrându-se pe comportamentul bazat pe răspuns (așa cum a fost conceput inițial de Rod Brooks), robotica BEAM reproduce caracteristicile și comportamentul organismelor naturale, iar scopul său final este de a „îmblânzi” acești roboți „sălbatici”. În robotica BEAM, componenta estetică a designului dispozitivului este importantă, ceea ce corespunde motto-ului „form follows function”.
Controversa privind denumirea
Diferiți oameni au opinii diferite despre adevăratul sens al BEAM. Cea mai comună decodare este Biologie , Electronică , Estetică , Mecanică . Termenul a fost folosit pentru prima dată de Mark Tilden în timpul unei discuții la Centrul de Știință din Ontario în 1990. Mark a prezentat o selecție de roboți pe care i-a creat în timp ce lucra la Universitatea din Waterloo . Cu toate acestea, există și alte interpretări populare ale termenului, de exemplu:
- Biotehnologie Etologie Analogie Morfologie
- Modularitatea Anarhiei Evoluția Construcției
Microcontrolere
Spre deosebire de multe alte tipuri de roboți care folosesc microcontrolere , roboții BEAM se bazează pe principiul folosirii multor modele comportamentale care sunt conectate direct la senzori cu un nivel minim de procesare a semnalului. Această filozofie de design face ecoul cărții clasice Devices: Experiments in Synthetic Psychology. Printr-o serie de experimente de gândire, această carte explorează crearea unor comportamente complexe ale roboților folosind semnale simple de împingere și tragere de la senzori la actuatori . Microcontrolerele și programarea computerelor nu fac de obicei parte dintr-un robot BEAM tradițional ("pur") datorită filozofiei sale specifice, designului de nivel scăzut, bazat pe hardware. Există exemple binecunoscute de modele de roboți care combină aceste două tehnologii. Acești „hibrizi” îndeplinesc cerințele de fiabilitate a sistemelor de control, combinând-o cu flexibilitatea programării dinamice . Un exemplu de astfel de hibrid pot fi roboții BEAMbots care folosesc topologia „cal și călăreț” (de exemplu, ScoutWalker3). „Corpul” fizic al robotului („cal”) este controlat de tehnologia tradițională BEAM și de microcontroler. iar programele controlează „corpul” de la poziția călărețului.” Componenta „călăreț” nu este necesară pentru funcționalitatea robotului, dar fără ea, robotul va pierde influența importantă a „creierului” care îi dă instrucțiuni.
Tipuri
Există diferite tipuri („căi”) de roboți BEAM care sunt proiectați pentru a îndeplini sarcini diferite. Fototropii sunt cei mai des întâlniți, deoarece găsirea luminii este sarcina cea mai evidentă pentru un robot alimentat cu energie solară.
- Audiotropele răspund la sunete.
- Audiofilii urmăresc sursele de sunet.
- Audiofobii le lasă.
- Fototropii reacţionează la lumină.
- Fotofilii urmăresc sursele de lumină.
- Fotofobii le lasă.
- Radiotropii răspund la frecvențele radio.
- Radiofilii urmăresc sursele undelor radio.
- Radiofobii le părăsesc.
- Termotropii răspund la radiația termică.
- Termofilii urmează sursele de căldură.
- Fobii de căldură îi părăsesc.
Caracteristici generale
Roboții BEAM au multe mecanisme de mișcare și poziționare, cum ar fi:
- Sitters: roboți imobili cu scop pasiv.
- Beacons: transmit un semnal (de obicei un semnal de navigație) altor roboți BEAM.
- Pummers: afișați un spectacol de lumini.
- Ornamente: alți roboți.
- Squirmers: roboți imobili care efectuează un fel de acțiune (de obicei mișcarea membrelor).
- Magbots: folosesc câmpuri magnetice pentru modul lor de acțiune.
- Flagwavers: mutați afișajul („steagul”) la o anumită frecvență.
- Capete: întoarceți-vă spre fenomenul detectat și urmăriți-l. Lumina poate acționa ca un fenomen. Astfel de roboți sunt populari în comunitatea BEAM și pot fi roboți separați, dar sunt adesea incluși în cei mai mari.
- Vibratoare: utilizați un mic motor decentrat pentru a vibra.
- Glisoare: roboți care se deplasează pe suprafețe fără a pierde contactul.
- Șerpi: se mișcă într-un val orizontal.
- Viermi: se deplasează de-a lungul unui val longitudinal .
- Crawlers: roboți care se mișcă cu ajutorul omizilor sau folosind un membru. Corpul robotului nu atinge solul.
- Turboboți: rulați folosind membre.
- Supraveghetori: mișcă o parte a corpului înainte, în timp ce cealaltă parte rămâne pe loc.
- Roboți urmăriți: utilizați șine (asemănătoare cu tancurile ).
- Jumpers: roboți care sări de pe suprafețe pentru a se deplasa.
- Vibroboți: se mișcă prin vibrație.
- Springbots: mișcă-te sărind într-o anumită direcție.
- Rollerblades: roboți care se mișcă în role.
- Simets: se deplaseaza cu ajutorul unui motor al carui ax atinge solul si se deplaseaza in directii diferite in functie de miscarea arborelui.
- Role solare: Folosiți un motor pentru a conduce una sau mai multe roți, adesea optimizat pentru a lua cea mai scurtă cale către o țintă.
- Poppers: utilizați două motoare și motoare solare separate; utilizați diferiți senzori pentru a atinge obiectivul.
- Minibile: mutați centrul de masă , datorită căruia corpul sferic al robotului se mișcă.
- Walkers: roboți care se mișcă folosind picioarele.
- Acționat cu motor: utilizați motoare pentru a deplasa picioarele (de obicei 3 sau mai multe motoare).
- Acționat muscular: utilizați fire de nitinol (aliaj de nichel-titan) pentru a mișca picioarele.
- Înotători: roboți care se deplasează pe/în lichid (de obicei apă).
- Boatbots: se deplasează pe suprafața unui lichid.
- Sâmbăta: mișcă-te în lichid.
- Flyers: roboți care se mișcă prin aer pentru o anumită perioadă de timp.
- Elicoptere: utilizați un rotor pentru urcare și accelerare.
- Avioane: folosiți aripi pentru susținere.
- Baloane: utilizați o butelie de gaz inert pentru a ridica.
- Alpiniști: roboți care se deplasează în sus sau în jos pe o suprafață verticală, de obicei de-a lungul unei frânghii sau sârme.
Aplicație și progresul curent
În prezent, roboții autonomi nu sunt folosiți pe scară largă comercial, deși există excepții, precum aspiratorul robot iRobot Roomba și unii roboți pentru tuns iarba. Principala aplicație practică a BEAM este prototiparea rapidă a sistemelor de propulsie și hobby/educație. Mark Tilden a folosit cu succes BEAM pentru a prototipa produse pentru Wow-WeeRobotics, așa cum se vede în BIOBug și RoboRaptor.SolarboticsLtd., Bug'n'Bots, JCM InVenturesInc. și PagerMotors.com a adus pe piață și produse pentru hobby și educație bazate pe BEAM. Vex a dezvoltat Hexbugs, un mic robot BEAM. Constructorii de roboți BEAM începători au adesea probleme în a nu avea control direct asupra circuitelor BEAM. Lucrările continuă cu privire la evaluarea tehnicilor biomorfe care reproduc sistemele naturale, deoarece astfel de sisteme au, evident, un avantaj mare de performanță față de tehnicile tradiționale. Există multe exemple despre modul în care creierul de insecte mici funcționează mult mai eficient decât chiar și cea mai avansată microelectronică. O altă barieră în calea adoptării pe scară largă a tehnologiilor BEAM este natura aparent aleatorie a rețelelor neuronale, care impune proiectantului să studieze noile tehnologii pentru a recunoaște și a manipula cu succes caracteristicile circuitelor. O întâlnire internațională a oamenilor de știință are loc anual în Telluride, Colorado, SUA pentru a studia această problemă, iar până de curând Mark Tilden a participat la ea (a trebuit să se retragă din cauza lucrului cu jucăriile Wow-Wee). Lipsiți de memorie pe termen lung, roboții BEAM de obicei nu învață din experiență. Cu toate acestea, comunitatea BEAM lucrează la asta. Unul dintre cei mai avansați roboți BEAM din această zonă este Hider lui Bruce Robinson, care are o gamă impresionantă de opțiuni de design fără microprocesor.
Publicații
Brevete
- Brevetul SUA 613.809 - Metodă și aparat pentru controlul mecanismului de vehicul sau vehicule în mișcare - brevetul „ telautomaton ” al Tesla; Prima poarta logica .
- Brevet SUA 5 325 031 - Sisteme nervoase robotice adaptive și circuite de control ale acestora - Brevet Tilden; Un circuit de control auto-stabilizator care utilizează circuite de întârziere a impulsului pentru controlul membrelor unui robot cu membre și un robot care încorporează un astfel de circuit; neuroni artificiali.
Cărți și hârtii
- Conrad, James M. și Jonathan W. Mills, „ Stiquito: advanced experiments with a simple and iefpensive robot ”, The future for nitinol-propelled walking robots , Mark W. Tilden. Los Alamitos, California, IEEE Computer Society Press, c1998. LCCN 96029883 ISBN 0-8186-7408-3
- Tilden, Mark W. și Brosl Hasslacher , Living Machines . Laboratorul Național Los Alamos , Los Alamos, NM 87545, SUA.
- Tilden, Mark W. și Brosl Hasslacher , „ Designul mașinilor biomecanice „vii”: cât de jos se poate ajunge?” ". Laboratorul Național Los Alamos, Los Alamos, NM 87545, SUA.
- Totuși, Susanne și Mark W. Tilden, „ Controller pentru o mașină de mers pe patru picioare ”. ETH Zuerich, Institutul de Neuroinformatică și Divizia de Biofizică, Laboratorul Național Los Alamos.
- Braitenberg, Valentino, „ Vehicule: Experimente în psihologia sintetică ”, 1984. ISBN 0-262-52112-1
- Rietman, Ed, „ Experimente în rețelele neuronale artificiale ”, 1988. ISBN 0-8306-0237-2
- Tilden, Mark W. și Brosl Hasslacher , „ Robotică și mașini autonome : biologia și tehnologia agenților autonomi inteligenți ”, ID-ul documentului LANL: LA-UR-94-2636, primăvara 1995.
- Dewdney, A.K. „ Photovores: Intelligent Robots are Constructed From Castoffs ”. Scientific American Sept. 1992, v267, n3, p42(1)
- Smit, Michael C. și Mark Tilden, „ Beam Robotics ”. Algoritmi, voi. 2, nr. 2, martie 1991, pg 15-19.
- Hrynkiw, David M. și Tilden, Mark W., „ Junkbots, Bugbots, and Bots on Wheels ”, 2002. ISBN 0-07-222601-3 ( site-ul de asistență pentru cărți )
- Melnikov SA « BEAM-robotica. De la teorie la crearea dispozitivelor practice ”, Știință și tehnologie, ISBN::978-5-94387-897-8, 2022. ( Site-ul de suport pentru cărți )
Note
Link -uri
- Comunitate BEAM (link indisponibil)
- Braitenberg, Valentino, Experimente în psihologia sintetică Cambridge, Mass: MIT Press, 1984. Tipărire.
- The ScoutWalker 3 (link indisponibil)
- Institutul de Inginerie Neuromorfă (link indisponibil) (INE)
- Ascunzătorul lui Bruce Robinson (link indisponibil)
- BEAMYahoo! grup
- BEAM Wiki
- Solarbotics, „ Server și găzduire comunitară BEAM ”, 2003
- Miller, Andrew, „ The MicroCore ”
- Bolt, Steven, „ PiTronics ”, octombrie 2004
- Van Zoelen, AA, „ BEAM Robotics ”, 1998
- Robinson, Bruce N., " Hider ", 2005
- Walke, Kevin, „ Interviu Mark Tilden ”, martie 2000
- Fang, Chiu-Yuan, „ BEAM Robotics ”, 1999
- Bernstein, Ian, „ BEAM Online ”, 2003
- Beamitaly, „ BeamItaly ”, 1998