Insecten Inspireren Robotontwerp

{h1}

Ingenieur john schmitt probeert legged robots te ontwikkelen die gemakkelijk over de ruigste oppervlakken kunnen rennen. Hij gebruikt kakkerlakken en andere dieren als modellen voor het ontwerp van de robot.

Dit artikel achter de schermen werd aan WordsSideKick.com gegeven in samenwerking met de National Science Foundation.

Als John Schmitt naar een vluchtende kakkerlak kijkt, ziet hij geen ziekte of vuil. Hij ziet de perfect werkende machine. "Ik haal mijn inspiratie overal waar ik het kan krijgen," zei hij.

Schmitt, een assistent-professor aan de school voor mechanische, industriële en productietechnieken van de Oregon State University, probeert legged robots te ontwikkelen die gemakkelijk over de ruigste oppervlakken kunnen rennen. Hij wil een robot maken die net zo gemakkelijk kan rennen als kakkerlakken en cavia's, twee wezens die dit zonder nadenken en zonder verstoring lijken te kunnen doen.

Kakkerlakken, met hun uitgespreide houdingen en gespreide benen, vertragen slechts ongeveer 20 procent wanneer ze over blokken gaan die maar liefst drie keer hoger zijn dan hun heupen. "Hun opmerkelijke voortbewegingsprestaties hebben meer te maken met hoe ze zijn gebouwd, dan met hoe ze reageren," zei hij.

Schmitt en zijn collega's hebben een computermodel ontwikkeld waarmee een draaiende robot bijna net zo goed kan herstellen van een verandering in het grondoppervlak als een cavia.

Bovendien bestuderen ze de interactie van energieopslag en -uitgaven, sensor- en feedbackvereisten en beenhoeken om te leren over herstel van verstoringen - die gebeurtenissen of obstakels die beweging verstoren, zoals potgaten - zodat ze deze kunnen toepassen op toekomstig robotontwerp.

Het doel is om uiteindelijk het echte ding te ontwerpen, een robot die ruw terrein in gevaarlijke omstandigheden kan afdekken - zoals in het leger, wetshandhaving of in verkenning van de ruimte. Bij mensen kan de kennis helpen bij het verbeteren van prothetische apparaten. "Hopelijk kunnen we betere prothetische apparaten produceren dan degene die we nu hebben," zei Schmitt.

In deze fase van het project werkt Schmitt (36) niet echt met de insecten. Integendeel, zijn rol is het ontwikkelen van computerbewegingsmodellen die de dieren als basis gebruiken. Hij begon bijvoorbeeld met het idee dat cavia's hun been- en beenlengte bij het omlaag brengen veranderen om te herstellen van vallen in het terrein.

"Omdat het basismodel voor het verticale voortbewegingsmechanisme dat ik gebruik [geldig is] voor een breed scala aan dieren, variërend van kakkerlakken tot mensen, keek ik toen naar de kakkerlak voor enkele ideeën over hoe de pootlengte zou moeten veranderen gedurende de tijd dat het raakt de grond aan en hoe de hoek van het been bij het raken moet variëren in reactie op een verandering in de grondhoogte, "legde hij uit.

Zijn onderzoekscollega, Robert Full aan de University of California, Berkeley, werkt rechtstreeks met de kakkerlakken. "Zijn werk is gericht op het onderzoeken van de spieractivatie die optreedt in de benen van kakkerlakken tijdens het rennen," zei Schmitt. "Ik heb nog niet de kans gehad om [Full's lab] te bezoeken. Ik weet dat hij als onderdeel van de initiatie bezoekers in zijn laboratorium vaak een kakkerlak laat vasthouden. Hoewel ik een grote fan ben van hoe ze lopen, zou ik waarschijnlijk niet zo enthousiast zijn om er een te houden. Maar als ik de kans krijg, weet ik zeker dat ik dat zal doen. "

Schmitt, geboren in Creve Coeur, Mo., een voorstad van St. Louis, groeide op in het nabijgelegen Chesterfield, een van de vier zonen van een werktuigbouwkundig ingenieur en een huisvrouw. Hij studeerde af aan de Washington University in St. Louis, waar hij afstudeerde in de machinebouw. Hij behaalde een master in werktuigbouwkunde, ook aan de Washington University in 1996, gevolgd door een Master of Arts-graad aan de Princeton University in 1999. In 2001 ontving hij een Ph. D. in mechanische en ruimtevaarttechniek, ook van Princeton.

"Het hebben van een vader die werktuigbouwkundig ingenieur was en die werkte aan coole projecten zoals straaljagers, was zeker een inspiratie om werktuigbouwkundig ingenieur te worden," zei hij.

Hij is getrouwd. Zijn vrouw, Heather, die in de moleculaire biologie promoveert en "momenteel probeert uit te vinden wat ze precies wil doen in de volgende fase van haar leven," zei hij.

Zijn interesse in de wetenschap kwam voort uit een aanleg voor wiskunde en een voorliefde voor het oplossen van logische puzzels. Het is niet moeilijk om te zien hoe deze jeugdbelangen geëvolueerd zijn tot een ingenieursloopbaan, met de nadruk op onderzoek.

"Als een kind, proberen om erachter te komen hoe de dingen werken is in de eerste plaats een moeilijke logica puzzel," zei hij. Het is heel interessant om items uit elkaar te halen en te zien hoe de afzonderlijke componenten bij elkaar passen om het eindproduct te produceren. Een ingenieur worden vereist echter dat de wiskunde uitzoekt waarom componenten werken zoals ze werken - en hoe je die kennis kunt gebruiken om ze beter te ontwerpen. "

Hij vond zijn vroegste voortbeweging 'modellen' in de kreek die bij zijn ouderlijk huis aankwam. "Ik was altijd gefascineerd door de water-striders en hun vermogen om te blijven drijven en scheren over het oppervlak van het water," herinnerde hij zich. "Ik had geen idee hoe ze op het water konden blijven en in staat waren om zo snel te bewegen met slechts een simpele beweging. Het is pas in de afgelopen paar jaar dat we hebben geleerd hoe waterstropers wateroppervlaktespanning gebruiken om rij effectief over het wateroppervlak.

"In termen van mijn interesse in voortbeweging, was dat zeker mijn eerste inspiratie om te willen weten hoe ongelooflijk eenvoudige biologische organismen in staat waren om opmerkelijke prestaties te leveren, prestaties die in de meeste gevallen nog moeten worden gerepliceerd of volledig worden begrepen door de wetenschappelijke gemeenschap, " hij voegde toe."De natuur zit vol met dit soort puzzels en als wetenschappers beginnen we alleen maar aan het oppervlak van ons begrip van hoe dieren en insecten hun prestatieniveau halen."

Opmerking van de uitgever: Dit onderzoek werd gesteund door de National Science Foundation (NSF), de federale instantie die belast is met de financiering van fundamenteel onderzoek en onderwijs op alle gebieden van wetenschap en techniek. Alle meningen, bevindingen en conclusies of aanbevelingen in dit materiaal zijn die van de auteur en komen niet noodzakelijk overeen met de opvattingen van de National Science Foundation. Zie het archief achter de schermen.


Video Supplement: Robot Mindstorms LEGO, lego robot, ev3 robot.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com