BEAM robotit

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 23. maaliskuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .

Robotit BEAM - Sana BEAM on lyhenne sanoista Biology , Electronics , Aesthetics , Mechanics . Tämä on termi periaatteelle rakentaa robotteja käyttämällä yksinkertaisia ​​analogisia piirejä (esimerkiksi vertailevia ) mikroprosessorien sijaan, jotta saavutetaan epätavallisen yksinkertainen (in verrattuna perinteisiin mobiilirobotteihin) suunnittelu, joka uhraa joustavuuden luotettavuuden ja tehokkuuden vuoksi tietyn tehtävän suorittamisessa. On kuitenkin poikkeuksia, jotka käyttävät muutakin kuin vain analogisia piirejä (kutsutaan "mutantteiksi"). BEAM-robotit ovat yleensä joukko edellä mainittuja analogisia piirejä (replicoivia biologisia neuroneja), joiden avulla robotti voi olla vuorovaikutuksessa työympäristön kanssa.

Mekanismit ja periaatteet

BEAM:n perusperiaatteet perustuvat koneen kykyyn reagoida ulkoisiin ärsykkeisiin. Mark Tilden keksi mekanismin neuronien käyttäytymisen simuloimiseksi piirien avulla. Ed Ritman suoritti aiemmin samanlaisia ​​​​kehityksiä (työ "Kokeet keinotekoisten hermopiirien alalla"). Tilden-ketjua verrataan usein vaihtorekisteriin, mutta jotkut erityispiirteet tekevät siitä hyödyllisen käytettäväksi mobiiliroboteissa. Myös muita periaatteita on olemassa ja niitä sovelletaan vaihtelevassa määrin:

1. Käytä mahdollisimman vähän elektronisia komponentteja ( KISS-periaate )
2. Käytä elektroniikkaromua robotin luomisessa
3. Käytä säteilyenergiaa (kuten auringonvaloa)

On monia BEAM-robotteja, jotka käyttävät aurinkopaneeleja moottorin virranlähteenä, mikä mahdollistaa niiden työskentelyn itsenäisesti erilaisissa valaistusolosuhteissa. Äärimmäisen yksinkertaistettujen Tilden-piirien lisäksi BEAM-teknologia on antanut robottien valmistajille muita hyödyllisiä työkaluja. BEAM-yhteisö dokumentoi ja levittää aurinkosähkömoottorien, H-siltapiirien , tuntoanturien ja kämmenen kokoisen robotiikan suunnitelmia.

BEAM-robotit

Reaktioon perustuvaan käyttäytymiseen keskittyvä (alunperin Rod Brooksin suunnittelema) BEAM-robotiikka jäljittelee luonnollisten organismien ominaisuuksia ja käyttäytymistä, ja sen perimmäisenä tavoitteena on "kesyttää" nämä "villit" robotit. BEAM-robotiikassa laitteen suunnittelun esteettinen komponentti on tärkeä, mikä vastaa mottoa "muoto seuraa toimintoa".

Nimeämiskiista

Eri ihmisillä on erilaisia ​​mielipiteitä BEAM:n todellisesta merkityksestä. Yleisin dekoodaus on biologia , elektroniikka , estetiikka , mekaniikka . Mark Tilden käytti termiä ensimmäisen kerran keskustelussa Ontarion tiedekeskuksessa vuonna 1990. Mark esitteli valikoiman robotteja , jotka hän oli luonut työskennellessään Waterloon yliopistossa . Termistä on kuitenkin muita suosittuja tulkintoja, esimerkiksi:

• Biotekniikka Ethology Analogia Morfologia
• Evolution Anarchy Modulaarisuuden rakentaminen

Mikro-ohjaimet

Toisin kuin monet muut mikro -ohjaimia käyttävät robotit , BEAM-robotit perustuvat periaatteeseen käyttää monia käyttäytymismalleja, jotka on liitetty suoraan antureihin, joilla on minimaalinen signaalinkäsittely. Tämä suunnittelufilosofia toistaa klassista Devices: Experiments in Synthetic Psychology -kirjaa. Tämä kirja tutkii ajatuskokeilujen sarjan avulla monimutkaisten robottien toimintatapojen luomista käyttämällä yksinkertaisia ​​työntö- ja vetosignaaleja antureista toimilaitteille . Mikro-ohjaimet ja tietokoneohjelmointi eivät yleensä ole osa perinteistä ("puhdasta") BEAM-robottia sen erityisfilosofian, matalan tason, laitteistopohjaisen suunnittelun vuoksi. On olemassa hyvin tunnettuja esimerkkejä robottirakenteista, joissa nämä kaksi teknologiaa yhdistyvät. Nämä "hybridit" täyttävät ohjausjärjestelmien luotettavuuden vaatimuksen yhdistämällä sen dynaamisen ohjelmoinnin joustavuuteen . Esimerkkinä tällaisesta hybridistä voivat olla BEAMbots-robotit, jotka käyttävät "hevonen ja ratsastaja" -topologiaa (esim. ScoutWalker3) Robotin fyysistä "runkoa" ("hevonen") ohjataan perinteisellä BEAM-tekniikalla ja mikrokontrollerilla. ja ohjelmat ohjaavat "vartaloa" asennosta käsin." "Ratsastaja"-komponentti ei ole välttämätön robotin toiminnalle, mutta ilman sitä robotti menettää tärkeän vaikutuksen sille ohjeita antavista "aivoista".

Tyypit

BEAM-robotteja on erityyppisiä ("polkuja"), jotka on suunniteltu suorittamaan erilaisia ​​tehtäviä. Fototroopit ovat yleisimpiä, sillä valon löytäminen on aurinkovoimalla toimivan robotin ilmeisin tehtävä.

• Audiotrooppit reagoivat ääniin.
  • Audiofiilit seuraavat äänilähteitä.
  • Audiofoobit jättävät heidät.
• Fototroopit reagoivat valoon.
  • Valofilit seuraavat valonlähteitä.
  • Valofoobit jättävät heidät.
• Radiotroopit reagoivat radiotaajuuksiin.
  • Radiofiilit seuraavat radioaaltojen lähteitä.
  • Radiofoobit jättävät heidät.
• Termotroopit reagoivat lämpösäteilyyn.
  • Termofiilit seuraavat lämmönlähteitä.
  • Heatphobes jättävät heidät.

Yleiset ominaisuudet

BEAM-roboteissa on monia liike- ja paikannusmekanismeja, kuten:

• Sitters: liikkumattomat robotit, joilla on passiivinen tarkoitus.
  • Majakat: lähettää signaalin (yleensä navigointisignaalin) muille BEAM-roboteille.
  • Pummerit: näyttää valonäytöksen.
  • Koristeet: muut robotit.
• Squirmers: liikkumattomat robotit, jotka suorittavat jonkinlaista toimintaa (yleensä raajojen liikettä).
  • Magbotit: käyttävät magneettikenttiä toimintatapaansa.
  • Flagwavers: siirrä näyttöä ("lippu") tietyllä taajuudella.
  • Päät: käänny havaittavaa ilmiötä kohti ja seuraa sitä. Valo voi toimia ilmiönä. Tällaiset robotit ovat suosittuja BEAM-yhteisössä ja voivat olla erillisiä robotteja, mutta ne sisältyvät usein suurempiin robotteihin.
  • Täryttimet: käytä pientä epäkeskomoottoria tärisemään.
• Liukusäätimet: Robotit, jotka liikkuvat pintojen poikki menettämättä yhteyttä.
  • Käärmeet: liikkuvat vaakasuorassa aallossa.
  • Madot: liikkuvat pitkittäisaaltoa pitkin .
• Ryömiä: robotteja, jotka liikkuvat toukkien avulla tai raajan avulla. Robotin runko ei kosketa maata.
  • Turbobotit: Pyöritä raajoilla.
  • Maanmittaajat: siirrä osaa kehosta eteenpäin, kun toinen osa pysyy paikallaan.
  • Tela-alustaiset robotit: käytä teloja (samanlainen kuin tankit ).
• Puskurit: Robotit, jotka pomppaavat pinnoilta liikkuakseen.
  • Vibrobotit: liikkuvat tärinällä.
  • Springbotit: liikkua hyppäämällä tiettyyn suuntaan.
• Rullaluistimet: robotit liikkuvat rullina.
  • Simets: liikkuu moottorin avulla, jonka akseli koskettaa maata ja liikkuu eri suuntiin akselin liikkeestä riippuen.
  • Aurinkorullat: Käytä moottoria yhden tai useamman pyörän ajamiseen, usein optimoituna ottamaan lyhimmän polun kohteeseen.
  • Poppers: käytä kahta moottoria ja erillisiä aurinkomoottoreita; käyttää erilaisia ​​antureita tavoitteen saavuttamiseksi.
  • Minipallot: siirrä massakeskiötä , minkä seurauksena robotin pallomainen runko liikkuu.
• Kävelijat: robotit, jotka liikkuvat jaloillaan.
  • Moottorikäyttöinen: käytä moottoreita jalkojen liikuttamiseen (yleensä 3 tai useampia moottoria).
  • Lihaskäyttöinen: käytä nitinoli- (nikkeli-titaaniseos) -lankoja liikuttamaan jalkoja.
• Uimarit: robotit, jotka liikkuvat nesteessä (yleensä vedessä).
  • Boatbotit: liikkuvat nesteen pinnalla.
  • Lauantaisin: liiku nesteen sisällä.
• Flyerit: Robotit, jotka liikkuvat ilmassa tietyn ajan.
  • Helikopterit: käytä roottoria nousuun ja kiihdyttämiseen.
  • Lentokoneet: käytä nostamiseen siipiä.
  • Ilmapallot: käytä inerttikaasupulloa nostamiseen.
• Kiipeilijät: Robotit, jotka liikkuvat ylös tai alas pystysuoralla pinnalla, yleensä köyttä tai vaijeria pitkin.

Hakemus ja nykyinen edistyminen

Autonomisia robotteja ei tällä hetkellä käytetä laajasti kaupallisesti, vaikka poikkeuksiakin löytyy, kuten iRobot Roomba -robottipölynimuri ja jotkut ruohonleikkurirobotit. BEAM:n pääasiallinen käytännön sovellus on propulsiojärjestelmien nopea prototyyppi ja harrastus/koulutus. Mark Tilden on onnistuneesti käyttänyt BEAM-tekniikkaa Wow-WeeRoboticsin tuotteiden prototyypeissä, kuten BIOBugissa ja RoboRaptor.SolarboticsLtd., Bug'n'Bots, JCM InVenturesInc. ja PagerMotors.com toivat markkinoille myös BEAM-pohjaisia ​​harrastus- ja koulutustuotteita. Vex on kehittänyt pienen BEAM-robotin Hexbugs. Aloittavilla BEAM-robottien rakentajilla on usein ongelmia, koska heillä ei ole suoraa ohjausta BEAM-piireihin. Luonnollisia järjestelmiä jäljittelevien biomorfisten tekniikoiden arviointi jatkuu, koska tällaisilla järjestelmillä on selvästi suuri suorituskykyetu perinteisiin tekniikoihin verrattuna. On monia esimerkkejä siitä, kuinka pienten hyönteisten aivot toimivat paljon tehokkaammin kuin edistynein mikroelektroniikka. Toinen este BEAM-teknologioiden laajalle leviämiselle on hermoverkkojen näennäisesti satunnainen luonne, mikä edellyttää suunnittelijan tutkivan uusia teknologioita voidakseen tunnistaa ja manipuloida piirien ominaisuuksia. Kansainvälinen tiedemiesten kokous järjestetään vuosittain Telluridessa, Coloradossa, Yhdysvalloissa, jossa tutkitaan tätä asiaa, ja viime aikoihin asti Mark Tilden osallistui siihen (hänen joutui vetäytymään Wow-Wee-lelujen parissa työskentelemisen vuoksi). Koska BEAM-robotit eivät yleensä opi kokemuksesta, koska niissä ei ole pitkäaikaista muistia. BEAM-yhteisö työskentelee kuitenkin sen eteen. Yksi edistyneimmistä BEAM-roboteista tällä alalla on Bruce Robinsonin Hider, jolla on vaikuttava valikoima suunnitteluvaihtoehtoja ilman mikroprosessoria.

Julkaisut

Patentit

• US-patentti 613 809  - Menetelmä ja laitteisto liikkuvan ajoneuvon tai ajoneuvojen ohjaamiseksi  - Teslan " telautomaton " -patentti; Ensimmäinen logiikkaportti .
• US-patentti 5 325 031  - Mukautuvat robottihermostojärjestelmät ja niiden ohjauspiirit  - Tildenin patentti; Itsestabiloiva ohjauspiiri, joka käyttää pulssiviivepiirejä raajoisen robotin raajojen ohjaamiseen, ja robotti, joka sisältää tällaisen piirin; keinotekoiset neuronit.

Kirjoja ja papereita

• Conrad, James M. ja Jonathan W. Mills, " Stiquito: edistyneitä kokeita yksinkertaisella ja halvalla robotilla ", Nitinolikäyttöisten kävelyrobottien tulevaisuus , Mark W. Tilden. Los Alamitos, Kalifornia, IEEE Computer Society Press, c1998. LCCN 96029883 ISBN 0-8186-7408-3
• Tilden, Mark W. ja Brosl Hasslacher , Living Machines . Los Alamos National Laboratory , Los Alamos, NM 87545, USA.
• Tilden, Mark W. ja Brosl Hasslacher , " Elävien biomech -koneiden suunnittelu: kuinka alas voi mennä?" ". Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM 87545, USA.
• Silti Susanne ja Mark W. Tilden, "Nelijalkaisen kävelykoneen ohjain ". ETH Zuerich, Neuroinformatiikan instituutti ja Biofysiikan osasto, Los Alamos National Laboratory.
• Braitenberg, Valentino, " Vehicles: Experiments in Synthetic Psychology ", 1984. ISBN 0-262-52112-1
• Rietman, toim. " Experiments In Artificial Neural Networks ", 1988. ISBN 0-8306-0237-2
• Tilden, Mark W. ja Brosl Hasslacher , Robotics and Autonomous Machines : The Biology and Technology of Intelligent Autonomous Agents , LANL Paper ID: LA-UR-94-2636, kevät 1995.
• Dewdney, A.K. " Photovores: Intelligent Robots are Constructed From Castoffs ". Scientific American , syyskuu 1992, v267, n3, s. 42(1)
• Smit, Michael C. ja Mark Tilden, " Beam Robotics ". Algorithms, Voi. 2, ei. 2, maaliskuu 1991, s. 15-19.
• Hrynkiw, David M. ja Tilden, Mark W., " Junkbots, Bugbots and Bots on Wheels ", 2002. ISBN 0-07-222601-3 ( Kirjatukisivusto )
• Melnikov SA « BEAM-robotiikka. Teoriasta käytännön laitteiden luomiseen ”, Science & Technology, ISBN::978-5-94387-897-8, 2022. ( Kirjatukisivusto )

Muistiinpanot

Linkit

• BEAM-yhteisö  (linkki ei käytettävissä)
• Braitenberg, Valentino, Experiments in Synthetic Psychology Cambridge, Mass: MIT Press, 1984. Print.
• The ScoutWalker 3  (linkki ei saatavilla)
• Institute of Neuromorphic Engineering  (linkki ei saatavilla) (INE)
• Bruce Robinson's Hider  (linkki ei saatavilla)
• BEAMYahoo! ryhmä
• BEAM Wiki
• Solarbotics, " BEAM-yhteisöpalvelin ja hosting ", 2003
• Miller, Andrew, " The MicroCore "
• Bolt, Steven, " PiTronics ", lokakuu 2004
• Van Zoelen, AA, " BEAM Robotics ", 1998
• Robinson, Bruce N., " Hider ", 2005
• Walke, Kevin, " Mark Tilden Interview ", maaliskuu 2000
• Fang, Chiu-Yuan, " BEAM Robotics ", 1999
• Bernstein, Ian, " BEAM Online ", 2003
• Beamitaly, " BeamItaly ", 1998