BEAM robotok

Robots BEAM – A BEAM szó a Biológia , Elektronika , Esztétika , Mechanika szavak rövidítése . Ez a kifejezés arra az elvre utal, hogy a robotokat mikroprocesszorok helyett egyszerű analóg áramkörökkel (például komparátorokkal ) építik , hogy szokatlanul egyszerű (az összehasonlítás a hagyományos mobil robotokkal) tervezés, amely a rugalmasságot feláldozza egy bizonyos feladat elvégzése során a megbízhatóság és a hatékonyság érdekében. Vannak azonban kivételek, amelyek nem csak analóg áramköröket használnak (úgynevezett "mutánsok"). A BEAM robotok általában a fent említett analóg áramkörök (biológiai neuronokat replikáló) halmazai, amelyek lehetővé teszik a robot számára, hogy kölcsönhatásba lépjen a munkakörnyezettel.

Mechanizmusok és alapelvek

A BEAM alapelvei azon alapulnak, hogy a gép képes reagálni a külső ingerekre. A neuronok viselkedésének áramkörök segítségével történő szimulálására szolgáló mechanizmust Mark Tilden találta fel. Hasonló fejlesztéseket korábban Ed Ritman is végzett ("Kísérletek a mesterséges idegi áramkörök területén" munka). A Tilden láncot gyakran hasonlítják egy műszakregiszterhez, de néhány jellegzetes tulajdonsága hasznossá teszi a mobil robotokban való használatát. Más elvek is léteznek és eltérő mértékben érvényesek:

1. A lehető legkevesebb elektronikus alkatrészt használjon ( KISS elv )
2. Használja az elektronikai hulladékot egy robot létrehozásához
3. Használjon sugárzó energiát (például napfényt)

Számos BEAM robot létezik, amelyek napelemeket használnak a motor táplálására, ami lehetővé teszi számukra, hogy autonóm módon működjenek különböző fényviszonyok között. A rendkívül leegyszerűsített Tilden áramkörök mellett a BEAM technológia további hasznos eszközöket is adott a robotgyártóknak. A BEAM közösség napelemes motorok, H-híd áramkörök , tapintható érzékelők és tenyérnyi robotika terveket dokumentál és terjeszt.

BEAM robotok

A válaszalapú viselkedésre összpontosítva (ahogyan eredetileg Rod Brooks kigondolta) a BEAM robotika a természetes élőlények jellemzőit és viselkedését reprodukálja, és végső célja ezeknek a "vad" robotoknak a "megszelídítése". A BEAM robotikában fontos az eszköz kialakításának esztétikai komponense, amely megfelel a „forma követi a funkciót” mottónak.

Elnevezési vita

A BEAM valódi jelentéséről különböző embereknek más a véleménye. A leggyakoribb dekódolás a biológia , elektronika , esztétika , mechanika . A kifejezést először Mark Tilden használta az Ontariói Tudományos Központban 1990-ben folytatott beszélgetés során. Mark bemutatott egy válogatást azokból a robotokból , amelyeket a Waterloo Egyetemen hozott létre . Vannak azonban a kifejezésnek más népszerű értelmezései is, például:

• Biotechnológia Etológia Analógia Morfológia
• Az evolúciós anarchia modularitás építése

Mikrokontrollerek

Ellentétben sok más típusú, mikrokontrollert használó robottal, a BEAM robotok azon az elven alapulnak, hogy számos olyan viselkedési modellt használnak, amelyek közvetlenül kapcsolódnak az érzékelőkhöz minimális szintű jelfeldolgozással. Ez a tervezési filozófia a klasszikus Devices: Experiments in Synthetic Psychology című könyvet visszhangozza. Gondolatkísérletek sorozatán keresztül ez a könyv bonyolult robotviselkedések létrehozását kutatja az érzékelőktől az aktuátorokig tartó egyszerű push és pull jelek segítségével . A mikrokontrollerek és a számítógépes programozás sajátos filozófiája, alacsony szintű, hardver alapú kialakítása miatt általában nem része a hagyományos ("tiszta") BEAM robotnak. Vannak jól ismert példák olyan robottervekre, amelyek ezt a két technológiát ötvözik. Ezek a „hibridek” teljesítik a vezérlőrendszerek megbízhatóságának követelményét, kombinálva azt a dinamikus programozás rugalmasságával . Ilyen hibrid lehet például a „ló és lovas” topológiát használó BEAMbots robotok (például ScoutWalker3) A robot fizikai „testét” („ló”) a hagyományos BEAM technológia és a mikrokontroller vezérli. és programok irányítják a „testet” a pozíciólovastól." A "lovas" komponens nem szükséges a robot működéséhez, de enélkül a robot elveszíti az irányokat adó "agy" fontos befolyását.

Típusok

A BEAM robotoknak különböző típusai („útvonalai”) léteznek, amelyeket különböző feladatok elvégzésére terveztek. A fototrópok a legelterjedtebbek, mivel a napelemes robotok számára a fény megtalálása a legkézenfekvőbb feladat.

• Az audiotrópok reagálnak a hangokra.
  • Az audiofilek követik a hangforrásokat.
  • Az audiofóbok elhagyják őket.
• A fototrópok reagálnak a fényre.
  • A fotofilek követik a fényforrásokat.
  • A fotofóbok elhagyják őket.
• A radiotropok reagálnak a rádiófrekvenciákra.
  • A radiofilek követik a rádióhullámok forrásait.
  • A radiofóbok elhagyják őket.
• A termotrópok reagálnak a hősugárzásra.
  • A termofilek követik a hőforrásokat.
  • A hőfókák elhagyják őket.

Általános jellemzők

A BEAM robotok számos mozgási és pozicionáló mechanizmussal rendelkeznek, mint például:

• Sitterek: passzív célú, mozdulatlan robotok.
  • Beacons: jelet (általában navigációs jelet) továbbít más BEAM robotoknak.
  • Pummers: fényshow megjelenítése.
  • Díszek: egyéb robotok.
• Squirmers: mozdulatlan robotok, amelyek valamilyen cselekvést (általában a végtagok mozgását) hajtanak végre.
  • Magbotok: mágneses mezőt használnak működési módjukhoz.
  • Flagwavers: mozgassa a kijelzőt ("zászlót") egy bizonyos frekvencián.
  • Fej: forduljon az észlelt jelenség felé, és kövesse azt. A fény jelenségként működhet. Az ilyen robotok népszerűek a BEAM közösségben, és lehetnek különálló robotok, de gyakran a nagyobb robotok közé tartoznak.
  • Vibrátorok: a vibrációhoz használjon kis, középen kívüli motort.
• Csúsztatók: Robotok, amelyek érintkezésvesztés nélkül mozognak a felületeken.
  • Kígyók: vízszintes hullámban mozognak.
  • Férgek: hosszanti hullám mentén mozognak .
• Bejárók: hernyók segítségével vagy végtag segítségével mozgó robotok. A robot teste nem érinti a talajt.
  • Turbóbotok: Tekerj végtagokkal.
  • Földmérők: mozgassa előre a test egy részét, míg a másik része a helyén marad.
  • Lánctalpas robotok: használjon lánctalpakat (hasonlóan a tankokhoz ).
• Ugrók: Robotok, amelyek a felületekről visszapattanva mozognak.
  • Vibrobotok: vibrációval mozognak.
  • Springbotok: egy bizonyos irányba ugrálva mozogjanak.
• Rollerblades: tekercsben mozgó robotok.
  • Simets: mozgat egy motor segítségével, melynek tengelye érinti a talajt és a tengely mozgásától függően különböző irányokba mozog.
  • Solarrollerek: Használjon motort egy vagy több kerék meghajtására, gyakran úgy optimalizálva, hogy a legrövidebb utat tegye meg a célponthoz.
  • Poppers: használjon két motort és külön napelemes motorokat; különböző érzékelőket használjon a cél elérése érdekében.
  • Minigolyók: mozgatják a tömegközéppontot , aminek hatására a robot gömbteste elmozdul.
• Walkers: olyan robotok, amelyek a lábukkal mozognak.
  • Motoros: használjon motorokat a lábak mozgatásához (általában 3 vagy több motor).
  • Izomhajtás: használjon nitinol (nikkel-titán ötvözet) vezetékeket a lábak mozgatásához.
• Úszók: folyadékon/folyadékban (általában vízben) mozgó robotok.
  • Boatbotok: folyadék felszínén mozognak.
  • Szombaton: mozogj a folyadékban.
• Szórólapok: Robotok, amelyek meghatározott ideig mozognak a levegőben.
  • Helikopterek: használjon rotort az emelkedéshez és a gyorsuláshoz.
  • Repülőgépek: használja a szárnyakat az emeléshez.
  • Léggömbök: használjon inert gázpalackot az emeléshez.
• Hegymászók: Robotok, amelyek függőleges felületen felfelé vagy lefelé mozognak, általában kötél vagy drót mentén.

Jelentkezés és aktuális folyamat

Jelenleg az autonóm robotokat nem használják széles körben a kereskedelemben, bár vannak kivételek, például az iRobot Roomba robotporszívó és néhány fűnyíró robot. A BEAM fő gyakorlati alkalmazása a hajtórendszerek gyors prototípus készítése és a hobbi/oktatás. Mark Tilden sikeresen használta a BEAM-et a Wow-WeeRobotics termékeinek prototípusára, amint azt a BIOBug és a RoboRaptor.SolarboticsLtd., a Bug'n'Bots, a JCM InVenturesInc. és a PagerMotors.com a BEAM-alapú hobbi- és oktatási termékeket is piacra dobta. A Vex kifejlesztett egy kis BEAM robotot, a Hexbugs-ot. A kezdő BEAM robotépítőknek gyakran problémáik vannak azzal, hogy nem tudják közvetlenül irányítani a BEAM áramköröket. Folytatódik a munka a természetes rendszereket megismétlő biomorf technikák értékelésén, mivel az ilyen rendszerek nyilvánvalóan nagy teljesítményelőnnyel rendelkeznek a hagyományos technikákkal szemben. Számos példa van arra, hogy a kis rovarok agya sokkal hatékonyabban működik, mint a legfejlettebb mikroelektronika. A BEAM technológiák széles körű elterjedésének másik akadálya a neurális hálózatok véletlenszerűnek tűnő természete, amely megköveteli a tervezőtől, hogy új technológiákat tanulmányozzon az áramkörök jellemzőinek sikeres felismerése és manipulálása érdekében. A kérdés tanulmányozására évente nemzetközi tudóstalálkozót tartanak a Colorado állambeli Telluride-ban, amelyen egészen a közelmúltig Mark Tilden is részt vett (a Wow-Wee játékokkal való munkája miatt vissza kellett vonulnia). A hosszú távú memória hiányában a BEAM robotok általában nem tanulnak a tapasztalatból. A BEAM közösség azonban dolgozik ezen. Az egyik legfejlettebb BEAM robot ezen a területen a Bruce Robinson's Hider, amely mikroprocesszor nélküli tervezési lehetőségek lenyűgöző tárházával rendelkezik.

Publikációk

Szabadalmak

• 613 809 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom  – Módszer és berendezés mozgó jármű vagy járművek mechanizmusának vezérlésére  – Tesla „ telautomaton ” szabadalma; Az első logikai kapu .
• US 5 325 031 számú szabadalom  – Adaptív robot idegrendszerek és ezek vezérlő áramkörei  – Tilden szabadalma; Önstabilizáló vezérlőáramkör, amely impulzuskésleltető áramköröket használ egy ágas robot végtagjainak vezérlésére, és egy robot, amely ilyen áramkört tartalmaz; mesterséges neuronok.

Könyvek és papírok

• Conrad, James M. és Jonathan W. Mills, " Stiquito: fejlett kísérletek egy egyszerű és olcsó robottal ", A nitinol-hajtású sétálórobotok jövője , Mark W. Tilden. Los Alamitos, Kalifornia, IEEE Computer Society Press, c1998. LCCN 96029883 ISBN 0-8186-7408-3
• Tilden, Mark W. és Brosl Hasslacher , Living Machines . Los Alamos National Laboratory , Los Alamos, NM 87545, USA.
• Tilden, Mark W. és Brosl Hasslacher , „ Az „élő” biomech gépek tervezése: Milyen mélyre lehet menni? ". Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM 87545, USA.
• Mégis, Susanne és Mark W. Tilden, " Négylábú sétálógép vezérlője ". ETH Zuerich, Neuroinformatikai Intézet és Biofizikai Osztály, Los Alamos Nemzeti Laboratórium.
• Braitenberg, Valentino, " Vehicles: Experiments in Synthetic Psychology ", 1984. ISBN 0-262-52112-1
• Rietman, szerk., " Experiments In Artificial Neural Networks ", 1988. ISBN 0-8306-0237-2
• Tilden, Mark W. és Brosl Hasslacher , " Robotics and Autonomous Machines : The Biology and Technology of Intelligent Autonomous Agents ", LANL Paper ID: LA-UR-94-2636, 1995 tavasz.
• Dewdney, A.K. " Fotóvores: Az intelligens robotok kidobókból épülnek fel ". Scientific American , 1992. szeptember, v267, n3, 42. o.(1)
• Smit, Michael C. és Mark Tilden, „ Beam Robotics ”. Algorithms, Vol. 2, sz. 2, 1991. március, 15-19.
• Hrynkiw, David M. és Tilden, Mark W., " Junkbots, Bugbots and Bots on Wheels ", 2002. ISBN 0-07-222601-3 ( Könyvtámogatási webhely )
• Melnikov SA « BEAM-robotika. Az elmélettől a gyakorlati eszközök létrehozásáig ”, Science & Technology, ISBN::978-5-94387-897-8, 2022. ( Könyvtámogató webhely )

Jegyzetek

Linkek

• BEAM közösség  (nem elérhető link)
• Braitenberg, Valentino, Experiments in Synthetic Psychology Cambridge, Mass: MIT Press, 1984. Nyomtatás.
• The ScoutWalker 3  (nem elérhető link)
• Institute of Neuromorphic Engineering  (a link nem érhető el) (INE)
• Bruce Robinson's Hider  (nem elérhető link)
• BEAMYahoo! csoport
• BEAM Wiki
• Solarbotics, " BEAM közösségi szerver és hosting ", 2003
• Miller, Andrew, " A mikromag "
• Bolt, Steven, " PiTronics ", 2004. október
• Van Zoelen, AA, " BEAM Robotics ", 1998
• Robinson, Bruce N., " Hider ", 2005
• Walke, Kevin, " Mark Tilden Interview ", 2000. március
• Fang, Chiu-Yuan, " BEAM Robotics ", 1999
• Bernstein, Ian, " BEAM Online ", 2003
• Beamitaly, " BeamItaly ", 1998