GOAT robotem przystosowującym się do terenu

GOAT to robot, który w niedalekiej przyszłości, może wspinać się na szczyty gór szybciej niż doświadczeni wspinacze.

Od górskich kóz wspinających się po niemal pionowych skałach po pancerniki zwijające się w ochronną kulę – zwierzęta od wieków ewoluowały, by z łatwością dostosowywać się do zmian w otoczeniu. W przeciwieństwie do nich, autonomiczne roboty napotykają znaczne wyzwania fizyczne i obliczeniowe przy każdej nieoczekiwanej przeszkodzie na ich drodze. Badacze z laboratorium CREATE w Szkole Inżynierii EPFL, pod kierownictwem Josie Hughes, postanowili opracować robota, który byłby równie elastyczny co zwierzęta. Tak narodził się GOAT (Good Over All Terrains), robot zdolny do dynamicznego zmieniania swojej formy w trakcie ruchu, otwierając nowe możliwości dla robotyki mobilnej.

Dzięki swojej elastycznej, ale wytrzymałej konstrukcji GOAT może spontanicznie przeobrażać się z płaskiego pojazdu w sferę. Pozwala mu to nie tylko poruszać się na różne sposoby – jeżdżąc, tocząc się czy nawet pływając – ale również znacznie oszczędzać energię w porównaniu do robotów wyposażonych w kończyny czy inne ruchome elementy. Hughes wyjaśnia, że w przeciwieństwie do konwencjonalnych robotów, które obliczają najkrótszą drogę między dwoma punktami, GOAT bierze pod uwagę nie tylko trasę, ale i najbardziej efektywny sposób jej pokonania. Zamiast okrążać przeszkodę, taką jak strumień, może po prostu przepłynąć przez niego, a w terenie pagórkowatym może przemieszczać się, przekształcając się w kulę i wykorzystując grawitację do oszczędzania energii.

Zespół CREATE czerpał inspiracje z różnych gatunków zwierząt, w tym pająków, kangurów, karaluchów i ośmiornic. Efektem ich badań jest konstrukcja o wysokiej elastyczności, co oznacza, że GOAT potrafi reagować na interakcje z otoczeniem, zamiast pozostawać sztywnym. W praktyce oznacza to, że może on aktywnie zmieniać swoją formę, dostosowując się do warunków terenowych. W trybie pojazdu jego struktura jest bardziej elastyczna, a w trybie kuli – bardziej wytrzymała.

GOAT został zbudowany z niedrogich materiałów, a jego konstrukcja składa się z dwóch przecinających się elastycznych prętów z włókna szklanego oraz czterech napędzanych silnikami kół bez obręczy. Dwa napinane linami mechanizmy działają jak ścięgna, umożliwiając przekształcenie konstrukcji w kulę. W centrum ramy znajduje się bateria, komputer pokładowy oraz czujniki, a cały ładunek waży do 2 kg. Dzięki temu, gdy robot przechodzi w tryb kuli, jego kluczowe komponenty są dobrze chronione – podobnie jak jeż chroni swój brzuch, zwijając się w kulkę.

GOAT został zaprojektowany w sposób pozwalający na minimalizację zapotrzebowania na skomplikowane systemy sensoryczne. Większość robotów przeznaczonych do eksploracji trudnego terenu jest wyposażona w liczne czujniki do monitorowania każdego silnika i analizowania otoczenia. W przeciwieństwie do nich, GOAT potrzebuje jedynie nawigacji satelitarnej oraz jednostki inercyjnej do określania własnej orientacji. Jak wyjaśnia Max Polzin, doktorant w CREATE Lab, zamiast gromadzić ogromne ilości danych o środowisku, GOAT wykorzystuje swoją elastyczność i interakcję z terenem, aby znaleźć najłatwiejszą drogę.

Potencjalne przyszłe badania nad GOAT-em obejmują opracowanie algorytmów pozwalających na jeszcze lepsze wykorzystanie jego zdolności do zmiany kształtu oraz dostosowanie projektu do różnych rozmiarów i obciążeń. Badacze przewidują szerokie zastosowania dla tego typu robotów – od monitorowania środowiska, przez działania ratunkowe, aż po eksplorację kosmiczną. Hughes podkreśla, że roboty takie jak GOAT mogłyby być szybko rozmieszczane w nieznanym terenie, wymagając jedynie minimalnych systemów percepcyjnych i planistycznych. Dzięki połączeniu aktywnej rekonfiguracji i pasywnej adaptacji, kolejne generacje robotów mogą nawet przewyższyć zdolności adaptacyjne natury.

Szymon Ślubowski