Kemampuan baru memungkinkan 'roboats' untuk mengubah konfigurasi untuk membentuk jembatan sembul, panggung, dan struktur lainnya – Sains Terkini


Armada kapal robot MIT telah dimutakhirkan dengan kemampuan baru untuk "mengubah bentuk," dengan memutuskan dan memasang kembali secara mandiri ke dalam berbagai konfigurasi, untuk membentuk struktur terapung di banyak kanal Amsterdam.

Kapal otonom – lambung persegi panjang yang dilengkapi dengan sensor, pendorong, mikrokontroler, modul GPS, kamera, dan perangkat keras lainnya – sedang dikembangkan sebagai bagian dari proyek "Roboat" yang sedang berlangsung antara MIT dan Institut Amsterdam untuk Solusi Metropolitan Lanjutan (AMS Institute) ). Proyek ini dipimpin oleh profesor MIT Carlo Ratti, Daniela Rus, Dennis Frenchman, dan Andrew Whittle. Di masa depan, Amsterdam ingin para roboats untuk berlayar di 165 kanal yang berliku, mengangkut barang-barang dan orang-orang, mengumpulkan sampah, atau merakit sendiri ke platform "pop-up" – seperti jembatan dan panggung – untuk membantu mengurangi kemacetan di kota jalan-jalan yang sibuk.

Pada tahun 2016, peneliti MIT menguji prototipe roboat yang dapat bergerak maju, mundur, dan lateral sepanjang jalur yang telah terprogram di kanal. Tahun lalu, para peneliti mendesain versi kapal seperempat perempat dengan biaya rendah, cetak 3-D, yang lebih efisien dan gesit, dan dilengkapi dengan algoritme pelacakan lintasan canggih. Pada bulan Juni, mereka menciptakan mekanisme penguncian otonom yang memungkinkan kapal-kapal tersebut saling membidik dan saling menempel, dan terus berusaha jika gagal.

Dalam sebuah makalah baru yang dipresentasikan pada Simposium Internasional IEEE minggu lalu tentang Multi-Robot dan Sistem Multi-Agen, para peneliti menggambarkan sebuah algoritma yang memungkinkan roboats untuk dengan lancar membentuk kembali diri mereka seefisien mungkin. Algoritme menangani semua perencanaan dan pelacakan yang memungkinkan kelompok unit roboat untuk melepaskan satu sama lain dalam satu set konfigurasi, menempuh jalur bebas tabrakan, dan menyambungkan kembali ke tempat yang sesuai pada konfigurasi set baru.

Dalam demonstrasi di kolam MIT dan dalam simulasi komputer, kelompok unit roboat tertaut menata ulang diri mereka dari garis lurus atau bujur sangkar ke konfigurasi lain, seperti persegi panjang dan bentuk "L". Transformasi eksperimental hanya butuh beberapa menit. Perubahan bentuk yang lebih kompleks mungkin memakan waktu lebih lama, tergantung pada jumlah unit bergerak – yang bisa puluhan – dan perbedaan antara kedua bentuk.

"Kami telah memungkinkan robot untuk sekarang membuat dan memutuskan koneksi dengan robot lain, dengan harapan memindahkan kegiatan di jalan-jalan Amsterdam ke air," kata Rus, direktur Laboratorium Ilmu Komputer dan Kecerdasan Buatan (CSAIL) dan Andrew dan Erna Viterbi, Profesor Teknik Elektro dan Ilmu Komputer. "Seperangkat kapal dapat bersatu membentuk bentuk linier sebagai jembatan sembul, jika kita perlu mengirim bahan atau orang dari satu sisi kanal ke sisi lainnya. Atau, kita dapat membuat platform pop-up yang lebih luas untuk bunga atau makanan pasar. "

Bergabung dengan Rus di koran adalah: Ratti, direktur Senseable City Lab MIT, dan, juga dari lab, penulis pertama Banti Gheneti, Ryan Kelly, dan Drew Meyers, semua peneliti; postdoc Shinkyu Park; dan sesama peneliti Pietro Leoni.

Lintasan bebas tabrakan

Untuk pekerjaan mereka, para peneliti harus mengatasi tantangan dengan perencanaan otonom, pelacakan, dan menghubungkan kelompok unit roboat. Memberi setiap unit kemampuan unik untuk, misalnya, menemukan satu sama lain, menyetujui cara memisahkan dan mereformasi, dan kemudian bergerak bebas, akan membutuhkan komunikasi yang rumit dan teknik kontrol yang dapat membuat gerakan tidak efisien dan lambat.

Untuk memungkinkan operasi yang lebih lancar, para peneliti mengembangkan dua jenis unit: koordinator dan pekerja. Satu atau lebih pekerja terhubung ke satu koordinator untuk membentuk satu kesatuan, yang disebut "platform kapal yang terhubung" (CVP). Semua unit koordinator dan pekerja memiliki empat baling-baling, mikrokontroler berkemampuan nirkabel, dan beberapa mekanisme penguncian otomatis dan sistem penginderaan yang memungkinkan mereka untuk saling terhubung.

Koordinator, bagaimanapun, juga dilengkapi dengan GPS untuk navigasi, dan unit pengukuran inersia (IMU), yang menghitung lokalisasi, pose, dan kecepatan. Pekerja hanya memiliki aktuator yang membantu CVP mengarahkan sepanjang jalan. Setiap koordinator mengetahui dan dapat berkomunikasi secara nirkabel dengan semua pekerja yang terhubung. Struktur terdiri dari beberapa CVP, dan masing-masing CVP dapat menempel satu sama lain untuk membentuk entitas yang lebih besar.

Selama mengubah bentuk, semua CVP yang terhubung dalam suatu struktur membandingkan perbedaan geometrik antara bentuk awal dan bentuk baru. Kemudian, masing-masing CVP menentukan apakah tetap di tempat yang sama dan apakah perlu bergerak. Setiap CVP yang bergerak kemudian diberi waktu untuk membongkar dan posisi baru dalam bentuk baru.

Setiap CVP menggunakan teknik perencanaan lintasan kustom untuk menghitung cara untuk mencapai posisi target tanpa gangguan, sambil mengoptimalkan rute untuk kecepatan. Untuk melakukannya, setiap CVP melakukan precompute semua daerah bebas tabrakan di sekitar CVP yang bergerak saat ia berputar dan menjauh dari yang diam.

Setelah melakukan precomputing terhadap daerah-daerah yang bebas tabrakan, CVP kemudian menemukan lintasan terpendek ke tujuan akhirnya, yang masih membuatnya tidak mengenai unit stasioner. Khususnya, teknik optimasi digunakan untuk membuat seluruh proses perencanaan lintasan sangat efisien, dengan perhitungan mengambil sedikit lebih dari 100 milidetik untuk menemukan dan memperbaiki jalur yang aman. Dengan menggunakan data dari GPS dan IMU, koordinator kemudian memperkirakan pose dan kecepatannya di pusat massa, dan secara nirkabel mengontrol semua baling-baling dari setiap unit dan bergerak ke lokasi target.

Dalam eksperimen mereka, para peneliti menguji tiga unit CVP, yang terdiri dari satu koordinator dan dua pekerja, dalam beberapa skenario perubahan bentuk yang berbeda. Setiap skenario melibatkan satu CVP yang terlepas dari bentuk awal dan bergerak dan menghubungkan ke tempat target di sekitar CVP kedua.

Tiga CVP, misalnya, menata ulang diri dari garis lurus yang terhubung – di mana mereka menempel bersama di sisi mereka – menjadi garis lurus yang terhubung di depan dan belakang, serta "L." Dalam simulasi komputer, hingga 12 unit roboat menyusun ulang diri mereka dari, katakanlah, persegi panjang menjadi persegi atau dari persegi padat menjadi bentuk seperti Z.

Menaikkan skala

Eksperimen dilakukan pada unit roboat berukuran seperempat, yang berukuran sekitar 1 meter dan lebar setengah meter. Tetapi para peneliti percaya algoritma perencanaan lintasan mereka akan berskala baik dalam mengendalikan unit berukuran penuh, yang akan berukuran sekitar 4 meter dan lebar 2 meter.

Dalam sekitar satu tahun, para peneliti berencana untuk menggunakan roboats untuk membentuk menjadi "jembatan" yang dinamis melintasi kanal 60 meter antara NEMO Science Museum di pusat kota Amsterdam dan daerah yang sedang dikembangkan. Proyek, yang disebut RoundAround, akan menggunakan roboats untuk berlayar dalam lingkaran terus menerus melintasi kanal, mengambil dan menurunkan penumpang di dermaga dan berhenti atau mengubah rute ketika mereka mendeteksi sesuatu yang menghalangi. Saat ini, berjalan di sekitar saluran air itu membutuhkan waktu sekitar 10 menit, tetapi jembatan dapat memotong waktu itu menjadi sekitar dua menit.

"Ini akan menjadi jembatan pertama di dunia yang terdiri dari armada kapal otonom," kata Ratti. "Jembatan biasa akan sangat mahal, karena Anda memiliki kapal yang lewat, jadi Anda harus memiliki jembatan mekanis yang terbuka atau jembatan yang sangat tinggi. Tetapi kita dapat menghubungkan dua sisi kanal (dengan menggunakan) kapal otonom yang menjadi arsitektur yang dinamis dan responsif yang mengapung di atas air. "

Untuk mencapai tujuan itu, para peneliti selanjutnya mengembangkan roboats untuk memastikan mereka dapat dengan aman menahan orang, dan kuat untuk semua kondisi cuaca, seperti hujan lebat. Mereka juga memastikan roboats dapat secara efektif terhubung ke sisi kanal, yang dapat sangat bervariasi dalam struktur dan desain.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.