BEAM roboty
Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od
verze recenzované 23. března 2021; kontroly vyžadují
2 úpravy .
Robots BEAM - Slovo BEAM je zkratka pro Biology , Electronics , Aesthetics , Mechanics . Jedná se o označení principu stavby robotů pomocí jednoduchých analogových obvodů (například komparátorů ) namísto mikroprocesorů .s cílem dosáhnout neobvykle jednoduchého (ve srovnání s tradičními mobilními roboty) designu, který obětuje flexibilitu v zájmu spolehlivosti a efektivity při provádění konkrétního úkolu. Existují však výjimky, které používají více než jen analogové obvody (nazývané „mutanti“). Roboti BEAM jsou obvykle sadou výše uvedených analogových obvodů (replikujících biologické neurony), které umožňují robotovi interakci s pracovním prostředím.
Mechanismy a principy
Základní principy BEAM jsou založeny na schopnosti stroje reagovat na vnější podněty. Mechanismus pro simulaci chování neuronů pomocí obvodů vynalezl Mark Tilden. Podobný vývoj již dříve provedl Ed Ritman (práce "Experimenty v oblasti umělých nervových obvodů"). Řetěz Tilden je často přirovnáván k posuvnému registru, ale některé charakteristické rysy jej činí užitečným pro použití v mobilních robotech. Existují a v různé míře platí i další zásady:
- Používejte co nejméně elektronických součástek ( princip KISS )
- Použijte elektronický odpad při vytváření robota
- Využijte zářivou energii (například sluneční světlo)
Existuje mnoho robotů BEAM, které využívají k napájení motoru solární panely , což jim umožňuje pracovat autonomně v různých světelných podmínkách. Kromě extrémně zjednodušených obvodů Tilden dala technologie BEAM výrobcům robotů další užitečné nástroje. Komunita BEAM dokumentuje a šíří návrhy solárních motorů, obvodů H-můstku , hmatových senzorů a robotiky velikosti dlaně.
BEAM roboti
Robotika BEAM, která se zaměřuje na chování založené na reakci (jak původně koncipoval Rod Brooks), replikuje vlastnosti a chování přírodních organismů a jejím konečným cílem je „zkrotit“ tyto „divoké“ roboty. V robotice BEAM je důležitá estetická složka designu zařízení, která odpovídá heslu „forma následuje funkci“.
Kontroverze pojmenování
Různí lidé mají různé názory na skutečný význam BEAM. Nejběžnější dekódování je Biologie , Elektronika , Estetika , Mechanika . Termín poprvé použil Mark Tilden během diskuse v Ontarijském vědeckém centru v roce 1990. Mark představil výběr robotů , které vytvořil při práci na University of Waterloo . Existují však i další populární výklady tohoto termínu, například:
- Biotechnologie Etologie Analogie Morfologie
- Budování evoluce Anarchie Modularita
Mikrokontroléry
Na rozdíl od mnoha jiných typů robotů, které využívají mikrokontroléry , jsou roboty BEAM založeny na principu použití mnoha modelů chování, které jsou přímo napojeny na senzory s minimální úrovní zpracování signálu. Tato filozofie designu odráží klasickou knihu Devices: Experiments in Synthetic Psychology. Prostřednictvím řady myšlenkových experimentů tato kniha zkoumá vytvoření složitého chování robotů pomocí jednoduchých signálů push a pull ze senzorů do aktuátorů . Mikrokontroléry a počítačové programování obvykle nejsou součástí tradičního („čistého“) robota BEAM kvůli jeho specifické filozofii, nízkoúrovňovému designu založenému na hardwaru. Existují známé příklady konstrukcí robotů, které kombinují tyto dvě technologie. Tyto "hybridy" splňují požadavek na spolehlivost řídicích systémů a kombinují jej s flexibilitou dynamického programování . Příkladem takového hybridu mohou být roboti BEAMbots využívající topologii „horse-and-rider“ (například ScoutWalker3).Fyzické „tělo“ robota („kůň“) je řízeno tradiční technologií BEAM a mikrokontrolér a programy ovládají „tělo“ z pozice jezdce." Komponenta „jezdec“ není pro funkčnost robota nezbytná, ale bez ní robot ztratí důležitý vliv „mozku“, který mu dává pokyny.
Typy
Existují různé typy („cesty“) robotů BEAM, které jsou navrženy k provádění různých úkolů. Fototropy jsou nejběžnější, protože nalezení světla je nejzřejmější úkol pro robota na solární pohon.
- Audiotropy reagují na zvuky.
- Audiofilové následují zdroje zvuku.
- Audiofobové je opouštějí.
- Fototropy reagují na světlo.
- Fotofilové následují světelné zdroje.
- Fotofobové je opouštějí.
- Radiotropy reagují na rádiové frekvence.
- Radiofilové následují zdroje rádiových vln.
- Radiofobové je opouštějí.
- Termotropy reagují na tepelné záření.
- Termofilové následují zdroje tepla.
- Heatfobové je opouštějí.
Obecná charakteristika
Roboti BEAM mají mnoho pohybových a polohovacích mechanismů, jako například:
- Sitters: imobilní roboti s pasivním účelem.
- Beacons: přenášejí signál (obvykle navigační signál) dalším robotům BEAM.
- Pummers: zobrazení světelné show.
- Ornamenty: ostatní roboti.
- Squirmers: nepohybliví roboti, kteří provádějí nějakou akci (obvykle pohyb končetin).
- Magboti: používají magnetická pole pro svůj způsob působení.
- Flagwavers: pohyb displeje ("vlajka") s určitou frekvencí.
- Hlavy: otočte se směrem k detekovanému jevu a sledujte jej. Světlo může působit jako fenomén. Takoví roboti jsou populární v komunitě BEAM a mohou být samostatnými roboty, ale často jsou součástí větších.
- Vibrátory: použijte k vibraci malý mimostředný motor.
- Sliders: Roboti, kteří se pohybují po povrchu bez ztráty kontaktu.
- Hadi: pohybují se ve vodorovné vlně.
- Červi: pohybují se podél podélné vlny .
- Crawlers: roboti, kteří se pohybují pomocí housenek nebo pomocí končetiny. Tělo robota se nedotýká země.
- Turboboti: Roll pomocí končetin.
- Surveyři: posuňte část těla dopředu, zatímco druhá část zůstane na místě.
- Pásoví roboti: používejte stopy (podobně jako tanky ).
- Jumpers: Roboti, kteří se odrážejí od povrchů, aby se mohli pohybovat.
- Vibroboti: pohybují se vibracemi.
- Springbots: pohyb skokem v určitém směru.
- Rollerblades: roboti pohybující se v rolích.
- Simety: pohyb pomocí motoru, jehož hřídel se dotýká země a pohybuje se různými směry v závislosti na pohybu hřídele.
- Solární válečky: Použijte motor k pohonu jednoho nebo více kol, často optimalizovaných tak, aby jelo co nejkratší cestou k cíli.
- Poppers: použijte dva motory a samostatné solární motory; k dosažení cíle použít různé senzory.
- Minikuličky: pohyb těžištěm , díky kterému se pohybuje kulové tělo robota.
- Chodci: roboti, kteří se pohybují pomocí nohou.
- Pohon motorem: k pohybu nohou použijte motory (obvykle 3 nebo více motorů).
- Svalový pohon: k pohybu nohou používejte nitinol (slitina niklu a titanu).
- Plavci: roboti, kteří se pohybují v kapalině (obvykle ve vodě).
- Lodní boti: pohybují se po hladině kapaliny.
- Soboty: pohyb v kapalině.
- Flyers: Roboti, kteří se pohybují vzduchem po stanovenou dobu.
- Vrtulníky: použijte rotor pro stoupání a zrychlení.
- Letadla: ke vztlaku použijte křídla.
- Balónky: ke zvedání použijte láhev s inertním plynem.
- Horolezci: Roboti, kteří se pohybují nahoru nebo dolů po svislém povrchu, obvykle po laně nebo drátu.
Aplikace a aktuální průběh
Autonomní roboti se v současné době komerčně příliš nepoužívají, i když existují výjimky, jako je robotický vysavač iRobot Roomba a některé roboty sekačky na trávu. Hlavní praktickou aplikací BEAM je rychlé prototypování pohonných systémů a hobby/vzdělávání. Mark Tilden úspěšně použil BEAM k prototypování produktů pro Wow-WeeRobotics, jak je vidět v BIOBug a RoboRaptor.SolarboticsLtd., Bug'n'Bots, JCM InVenturesInc. a PagerMotors.com také přinesly na trh produkty pro hobby a vzdělávání založené na BEAM. Vex vyvinul Hexbugs, malého robota BEAM. Začínající stavitelé robotů BEAM mají často problémy s tím, že nemají přímou kontrolu nad obvody BEAM. Pokračuje práce na hodnocení biomorfních technik, které replikují přírodní systémy, protože takové systémy mají zjevně velkou výkonnostní výhodu oproti tradičním technikám. Existuje mnoho příkladů toho, jak mozek malého hmyzu funguje mnohem efektivněji než i ta nejpokročilejší mikroelektronika. Další překážkou pro široké přijetí technologií BEAM je zdánlivě náhodná povaha neuronových sítí, která vyžaduje, aby konstruktér studoval nové technologie, aby mohl úspěšně rozpoznávat a manipulovat s charakteristikami obvodů. Každoročně se v Telluride v Coloradu v USA koná mezinárodní setkání vědců ke studiu této problematiky a donedávna se ho účastnil Mark Tilden (ten se musel stáhnout kvůli práci s hračkami Wow-Wee). Roboti BEAM se kvůli nedostatku dlouhodobé paměti obvykle neučí ze zkušeností. Komunita BEAM na tom však pracuje. Jedním z nejpokročilejších robotů BEAM v této oblasti je Bruce Robinson's Hider, který má působivou řadu konstrukčních možností bez mikroprocesoru.
Publikace
Patenty
- US Patent 613,809 - Metoda a zařízení pro ovládání mechanismu pohybujícího se vozidla nebo vozidel - Tesla " telautomat " patent; První logické hradlo .
- US Patent 5 325 031 - Adaptivní robotické nervové systémy a jejich řídicí obvody - Tildenův patent; 1. Samostabilizační řídicí obvod využívající obvody pro zpožďování pulzů pro ovládání končetin končetinového robota a robot obsahující takový obvod; umělé neurony.
Knihy a papíry
- Conrad, James M. a Jonathan W. Mills, „ Stiquito: pokročilé experimenty s jednoduchým a levným robotem “, Budoucnost pro chodící roboty s nitinolovým pohonem , Mark W. Tilden. Los Alamitos, Kalifornie, IEEE Computer Society Press, c1998. LCCN 96029883 ISBN 0-8186-7408-3
- Tilden, Mark W. a Brosl Hasslacher , Living Machines . Los Alamos National Laboratory , Los Alamos, NM 87545, USA.
- Tilden, Mark W. a Brosl Hasslacher , " Design of 'Living' Biomech Machines: Jak nízko lze jít?" Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM 87545, USA.
- Přesto Susanne a Mark W. Tilden, „ Ovladač pro čtyřnohý kráčející stroj “. ETH Zuerich, Ústav neuroinformatiky a biofyziky, Národní laboratoř Los Alamos.
- Braitenberg, Valentino, " Vozidla: Experimenty v syntetické psychologii ", 1984. ISBN 0-262-52112-1
- Rietman, Ed, " Experimenty v umělých neuronových sítích ", 1988. ISBN 0-8306-0237-2
- Tilden, Mark W. a Brosl Hasslacher , " Robotika a autonomní stroje : Biologie a technologie inteligentních autonomních agentů ", LANL Paper ID: LA-UR-94-2636, jaro 1995.
- Dewdney, A.K. " Fotovores: Inteligentní roboti jsou vyrobeni z odlitků ." Scientific American září 1992, v267, n3, str. 42(1)
- Smit, Michael C. a Mark Tilden, " Beam Robotics ". Algorithms, sv. 2, č. 2, březen 1991, str. 15-19.
- Hrynkiw, David M., and Tilden, Mark W., " Junkbots, Bugbots, and Bots on Wheels ", 2002. ISBN 0-07-222601-3 ( Web podpory knih )
- Melnikov SA « BEAM-robotika. Od teorie k vytvoření praktických zařízení “, Science & Technology, ISBN::978-5-94387-897-8, 2022. ( Web podpory knihy )
Poznámky
Odkazy
- Komunita BEAM (nedostupný odkaz)
- Braitenberg, Valentino, Experiments in Synthetic Psychology Cambridge, Mass: MIT Press, 1984. Print.
- The ScoutWalker 3 (nedostupný odkaz)
- Institute of Neuromorphic Engineering (odkaz není k dispozici) (INE)
- Bruce Robinson's Hider (nedostupný odkaz)
- BEAMYahoo! skupina
- BEAM Wiki
- Solarbotics, " BEAM komunitní server a hosting ", 2003
- Miller, Andrew, " MicroCore "
- Bolt, Steven, " PiTronics ", říjen 2004
- Van Zoelen, AA, " BEAM Robotics ", 1998
- Robinson, Bruce N., " Hider ", 2005
- Walke, Kevin, " Mark Tilden Interview ", březen 2000
- Fang, Chiu-Yuan, " BEAM Robotics ", 1999
- Bernstein, Ian, " BEAM Online ", 2003
- Beamitaly, " BeamItaly ", 1998