Texh Xplore: ученые смогли заставить микророботов самоорганизоваться в различные модели

Исследователи из Корнеллского университета и Института интеллектуальных систем Макса Планка сотрудничали для разработки эффективного метода улучшения коллективного поведения микророботов, используя принцип смешения ботов разных размеров.

Этот подход позволяет микророботам самоорганизовываться в различные структуры, которыми можно управлять с помощью магнитного поля. Благодаря этой технике рой микророботов может формировать "клетки" из пассивных объектов и затем перемещать их.

Такой подход имеет потенциал в исследовании будущих возможностей микророботов для целевой доставки лекарств. Например, группы микророботов могут транспортировать и высвобождать фармацевтические препараты в организме человека. Это исследование может пролить свет на возможности применения подобных методов в медицине.

Статья "Программируемая самоорганизация гетерогенных коллективов микророботов" была опубликована 5 июня в журнале “Труды Национальной академии наук”. Ведущим автором статьи является Стивен Серон, который имеет степень доктора философии и в течение 22 лет работал в лаборатории под руководством соавтора статьи, Кирстин Петерсен. Кирстин Петерсен является доцентом и научным сотрудником на факультете Ареф и Манон Лахэм по направлению электротехники и вычислительной техники в Корнеллском университете.

Исследовательская лаборатория Петерсена по коллективному воплощенному интеллекту занимается изучением различных методов, включая алгоритмы, классическое управление и физический интеллект, с целью обеспечить разумное поведение крупных коллективов роботов. Важным аспектом является взаимодействие роботов с окружающей средой и друг с другом. Однако применение такого подхода к микротехнологиям представляет значительные сложности, поскольку размеры микророботов недостаточны для установки вычислительных систем.

"Сложность заключается в том, как обеспечить полезное поведение в рое роботов, у которых нет средств вычислений, зондирования или общения", - сказал Петерсен. "В нашей последней статье мы показали, что, используя единый глобальный сигнал, мы можем привести в действие роботов, в свою очередь, влияя на их попарные взаимодействия для создания коллективного движения, контактных и бесконтактных манипуляций с объектами. Теперь мы показали, что можем расширить этот репертуар поведения еще дальше, просто используя различные размеры микророботов вместе, чтобы их парные взаимодействия стали асимметричными".

В данном случае микророботы представляют собой полимерные диски, созданные с помощью 3D-печати. Каждый диск имеет ширину, примерно равную ширине человеческого волоса, и покрыт тонким слоем ферромагнитного материала. Эти микророботы были помещены в 1,5-сантиметровый бассейн с водой.

Исследователи применили два ортогональных внешних колеблющихся магнитных поля и настроили их амплитуду и частоту, чтобы каждый микроробот мог вращаться вокруг своей центральной оси и генерировать собственные потоки. Это движение, в свою очередь, вызывало различные магнитные, гидродинамические и капиллярные силы.

Исследователи провели эксперименты с использованием микророботов разного размера и продемонстрировали, что они могут контролировать уровень самоорганизации роя, а также его сборку, разброс и перемещение. Было показано, что с помощью этих микророботов можно изменять общую форму роя с круглой на эллиптическую, формировать группы микророботов одинакового размера и регулировать расстояние между отдельными микророботами, что позволяет рою коллективно взаимодействовать с внешними объектами, захватывая и отталкивая их.

В исследовании использовалась модель роя осцилляторов или роятелей, которая позволила точно описать, как асимметричные взаимодействия между дисками разного размера способствуют их самоорганизации.

Теперь, после успешных результатов данной работы, исследователи надеются, что модель swarmalator также может быть применена для прогнозирования новых и ранее неизвестных свойств роя. Информация об этом размещена в журнале Texh Xplore.

"С помощью модели swarmalator мы можем абстрагировать физические взаимодействия и суммировать их как фазовые взаимодействия между роемыми осцилляторами, что означает, что мы можем применить эту или аналогичные модели, чтобы охарактеризовать поведение в различных роях микророботов", - сказал Серон, в настоящее время постдокторант Массачусетского технологического института. "Теперь мы можем разрабатывать и изучать коллективное поведение магнитных микророботов и, возможно, использовать модель свармалатора для прогнозирования поведения, которое будет возможно благодаря будущим разработкам этих микророботов".

0 комментариев