ربات‌های حلزونی خودپیکربند: رمپ‌های زنده‌ای برای حمل‌ونقل گروهی

پژوهشگران آزمایشگاه رباتیک و هوش مصنوعی دانشگاه چینی هنگ‌کنگ (CUHK) در شنژن، در یک پیشرفت چشمگیر در حوزه رباتیک گروهی، سامانه‌ای از ربات‌های کوچک کروی و الهام‌گرفته از حلزون را معرفی کرده‌اند که قادرند با بازآرایی لحظه‌ای و هماهنگی پویا، مسائل پیچیده فیزیکی حمل‌ونقل را به‌صورت جمعی حل کنند. این ربات‌ها توانسته‌اند با ساخت یک سازه موقت از بدن خود، واحدی را از روی شکاف و ارتفاع منتقل کنند.

معرفی ربات‌های حلزونی و قابلیت بازپیکربندی

این سامانه که در مقاله‌ای معتبر در نشریه Nature Communications معرفی شده، یک گروه رباتی زمینی سه‌بعدی با قابلیت بازپیکربندی خودکار است. این ربات‌ها که به دلیل شکل فشرده و گنبدی‌شان به «ربات‌های حلزونی» شهرت دارند، می‌توانند به‌صورت مستقل حرکت کنند یا برای غلبه بر موانعی مانند پله‌ها، شکاف‌ها، خندق‌ها و لبه‌ها به‌طور فیزیکی به یکدیگر متصل شوند.

عملکرد گروهی و تشکیل «رمپ زنده»

نمایش ویدئویی این پژوهش، قابلیت خارق‌العاده این ربات‌ها را در حل یک مسئله فیزیکی حمل‌ونقل نشان داد. در این آزمایش، پنج ربات یکسان بدون نیاز به رمپ، ریل یا سازه‌های از پیش‌ساخته، یک واحد را از سکویی پایین‌تر به سکویی کمی مرتفع‌تر و از روی یک شکاف منتقل کردند. این فرایند به شرح زیر است:

• ساخت سازه موقت: چهار ربات روی هم قرار گرفته و یک ستون شیب‌دار میان دو سطح ایجاد می‌کنند.
• انتقال بار: ربات پنجم از این ساختار بالا می‌رود.
• تنظیم پویا: ربات‌های پایینی به‌طور ظریف موقعیت خود را تغییر می‌دهند تا وزن و شیب را بازتوزیع کنند.

در این لحظات، گروه ربات‌ها مانند یک بدن واحد و مفصل‌دار عمل می‌کند؛ نوعی «رمپ زنده» که پس از انجام ماموریت، به‌راحتی از هم باز شده و هر ربات دوباره به حرکت مستقل بازمی‌گردد. این هماهنگی پویا نشان می‌دهد که سازه ایجادشده نه یک مونتاژ صلب، بلکه یک ساختار تطبیقی است که فقط تا زمان نیاز وجود دارد.

ویژگی‌های فنی و الهام از طبیعت

پژوهشگران CUHK شنژن در این مقاله به یکی از محدودیت‌های رایج ربات‌های گروهی زمینی اشاره می‌کنند: اغلب این سامانه‌ها یا از تحرک بالایی برخوردارند اما اتصال ضعیفی دارند، یا اتصال قوی دارند اما کند بوده و انعطاف‌پذیری حرکتی خود را از دست می‌دهند. گروه ربات‌های الهام‌گرفته از حلزون تلاش کرده است با الگوبرداری از رفتار حلزون‌های خشکی، میان تحرک و پایداری تعادل ایجاد کند.

دو حالت اتصال: آزاد و قوی

هر ربات به دو حالت اتصال متفاوت مجهز شده است که به آن اجازه می‌دهد بسته به نیاز ماموریت، بین سرعت و قدرت اتصال جابه‌جا شود:

1. حالت آزاد: این حالت بر تحرک تمرکز دارد و از یک ماژول حرکتی زنجیری دارای آهنربا استفاده می‌کند. این حالت امکان حرکت رو به جلو، چرخش درجا و ایجاد اتصال‌های نسبتاً پایدار برای حرکت عادی و سازگاری سریع را فراهم می‌آورد که مشابه حرکت کارآمد حلزون‌ها در شرایط معمول است.
2. حالت قوی: این حالت بر پایداری تمرکز دارد و با استفاده از مکانیسم مکش خلاء تقویت‌شده با ساختارهای پلیمری جهت‌دار، چسبندگی بسیار بالایی ایجاد می‌کند. این قابلیت برای تحمل بار، پل‌زدن روی شکاف‌ها یا بالا رفتن ضروری است و با چسبندگی قوی‌تر حلزون هنگام اختلال یا تهدید مقایسه شده است.

طراحی مینیمال ربات‌ها

از نظر ظاهری، هر ربات پوسته‌ای کروی، صاف و مات دارد و بخش عمده پیچیدگی‌های مکانیکی آن در داخل بدنه پنهان شده است. یک ماژول حرکتی تکی در بخش زیرین، کشش پایدار را بدون بازوها یا زائده‌های بیرونی فراهم می‌کند. این طراحی مینیمال باعث می‌شود ربات‌ها به‌راحتی از کنار موانع عبور کنند و هنگام اتصال به یکدیگر تماس دقیقی داشته باشند.

نمایش ویدئویی حمل‌ونقل گروهی نشان می‌دهد که حتی زمانی که ربات‌ها به‌عنوان بخشی از یک سازه بزرگ‌تر روی هم قرار می‌گیرند، هیچ‌کدام منفعل نمی‌شوند. هر واحد به‌طور مداوم جهت‌گیری، نیروهای تماس و تعادل خود را تنظیم می‌کند و به حرکت، چسبندگی و پایداری کلی ساختار کمک می‌رساند.