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“Slothbot”采用悠闲的方式进行环境监测

2019-07-02 11:00:20来源:

对于环境监测,精准农业,基础设施维护和某些安全应用,缓慢和节能可以比快速更好并且总是需要充电。这就是“SlothBot”的用武之地。

由一对光伏电池板供电,设计用于连续数月在森林树冠中停留,SlothBot仅在必须测量环境变化时移动 - 例如环境中的天气和化学因素 - 只能在很长时间内观察到 - 存在。5月21日在蒙特利尔举行的国际机器人与自动化会议(ICRA)上描述的概念验证超高效机器人很快就会在亚特兰大植物园的树梢电缆中闲置。

“在机器人领域,我们似乎总是在寻求更快,更灵活,更极端的机器人,”佐治亚理工学院电气和计算机工程学院的Steve W. Chaddick学校主席兼首席研究员Magnus Egerstedt说。 Slothbot。“但是有许多应用程序不需要快速。你只需要在很长一段时间内坚持不懈,观察正在发生的事情。”

基于Egerstedt所谓的“缓慢理论”,研究生研究助理Gennaro Notomista与他的同事Yousef Emam一起设计了SlothBot,使用3D打印部件进行齿轮和线切换机制,这些机构需要爬过网络中的电线。树木。Notomista说,线爬行机器人面临的最大挑战是从一根电缆切换到另一根电缆而不会掉落。

“挑战是在抓住另一条线的同时顺利地抓住一条线,”他说。“这是一个棘手的操作,你必须正确地做到提供故障安全转换。确保交换机在很长一段时间内正常工作确实是最大的挑战。”

机械地,SlothBot由两个通过致动铰链连接的主体组成。每个车身都装有一个驱动电机,连接到轮辋上的轮辋上。研究人员说,使用轮子进行运动比其他类型的基于线的运动更简单,更节能,更安全。

到目前为止,SlothBot在佐治亚理工学院校园的电缆网络中运营。接下来,一个新的3D打印外壳 - 使机器人看起来更像一个树懒 - 将保护电机,齿轮,执行器,相机,计算机和其他组件免受雨和风。这将为亚特兰大植物园的树冠进行长期研究奠定基础,Egerstedt希望游客最早能够在今年秋天看到SlothBot监测条件。

SlothBot这个名字并非巧合。现实生活中的树懒是生活在南美洲和中美洲丛林檐篷中的小型哺乳动物。通过吃树叶来谋生,这些动物可以在相当于小马铃薯的每日卡路里存活下来。由于他们的新陈代谢缓慢,树懒每天休息22小时,很少从他们可以度过一生的树上下来。

“懒惰的生活非常缓慢,并且在日常水平上没有太多的兴奋,”威斯康星大学麦迪逊分校森林与野生动物生态系副教授Jonathan Pauli说。 ,他曾就该项目向佐治亚理工学院团队提供咨询。“生命历史非常缓慢的好处在于你并不需要大量的能量投入。你可以在很长一段时间内在极少的能量输入的有限区域内持续很长时间和持久性。”

这正是研究人员对SlothBot的期望,其发展得到了美国海军研究办公室的资助。

“有很多我们不知道在茂密的树木覆盖的地区实际发生了什么,”Egerstedt说。“大多数时候,SlothBot只会挂在那里,时不时会进入阳光充足的地方为电池充电。”

研究人员还希望在哥斯达黎加的一个可可种植园中测试SlothBot,该种植园已经是真正树懒的家园。“用于移动可可的电缆已成为树懒的高速公路,因为这些动物发现它们可以四处移动,”Egerstedt说。“如果一切顺利,我们将沿着电缆部署SlothBots以监控树懒。”

Egerstedt以驱动成群的小型轮式或飞行机器人的算法着称。但在访问哥斯达黎加期间,他对树懒产生了兴趣,并开始与佐治亚理工学院交互计算学院的Ron Arkin教授共同开发他所谓的“慢慢理论”。该理论利用了能效的好处。

“如果你正在做环境监测这样的事情,你想在森林里呆上几个月,”艾格斯特说。“这改变了你对控制系统的高度思考方式。”

飞行机器人已经被用于环境监测,但它们的高能量需求意味着它们不能长时间停留。轮式机器人可以用更少的能量来获得,但是它们可能会陷入泥泞状态或受到树根的阻碍,并且无法从地面获得全景图。

“能耗比能量更重要的东西就是运动,”艾格斯特说。“移动比感知或思考要昂贵得多。对于环境机器人来说,你应该只在必要的时候移动。我们必须考虑那会是什么样的。”

对于研究各种野生动物的泡利来说,与Egerstedt一起帮助SlothBot生活是令人欣慰的。

“很高兴看到机器人受到树懒生物学的启发,”他说。“分享长期居住在这些生态系统中的树懒和其他生物如何过着自己的生活,这很有趣。看到机器人反映出我们在自然生态群落中看到的东西,这将会很有趣。”

该研究由美国海军研究办公室通过Grant N00014-15-2115赞助。内容完全由作者负责,并不一定代表ONR的官方观点。

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