Alors que les robots nous ont rendu la vie plus facile et nos chaînes de montage plus efficaces depuis plus d’un demi-siècle maintenant, nous n’avons pas encore vraiment craqué un robot universel de type Jetsons. Bien sûr, Boston Dynamics et le MIT ont des robots humanoïdes amusants à donner des coups de pied et à frapper, mais ils sont loin de construire une machine Terminator de classe mondiale.

Mais tous les robots n’ont pas besoin d’être humains pour pouvoir être un objectif général. Certains des modèles les plus intéressants examinés sont des robots modulaires. C’est une approche pour la robotique qui utilise des unités plus petites qui peuvent être combinées dans des assemblages qui exécutent une tâche spécifique.

Nous avons approfondi des sujets comme celui-ci, car en ce moment, le défi du module de robotique est actuellement au centre du prix Hackaday. Nous recherchons des conceptions modulaires qui facilitent la construction de robots – pilotes de moteur, matrices de capteurs, constructions de membres – votre imagination est la limite. Mais les modules de robot autonomes, qui constituent eux-mêmes des robots plus grands, sont un domaine fascinant qui s’inscrit définitivement dans ce défi. Rejoignez-moi pour voir où se trouvent les robots modulaires et où nous voulons les voir aller.

De nombreux robots combinés pour des tâches plus importantes

ChainFORM est une preuve de concept technique de robot modulaire intéressante du MIT Media Lab. Les modules sont des servomoteurs entourés de circuits imprimés pour le cerveau, la détection et l’activation. Ici, ils ont été commandés pour être des os.

En apparence, cela semble être une idée extrêmement utile mais souvent négligée. Un petit essaim de robots peut exécuter de nombreuses fonctions différentes telles que déplacer, manipuler des outils et résoudre divers autres problèmes. Le robot peut décider par lui-même de la meilleure façon d’accomplir ces tâches et de se mettre en forme pour la fonction qu’il doit exécuter. Une autre caractéristique importante d’un robot comme celui-ci est qu’il peut effectuer plusieurs de ces tâches simultanément. Par exemple, la moitié du robot peut séparer et tenir un objet tandis que l’autre moitié manipule un outil à utiliser sur l’objet.

La modularité est exactement ce qui rend ce type de robot si utile. Alors qu’un robot à usage général tel que Baxter peut être chargé de manipuler un article sur une chaîne de montage, par exemple, il peut toujours avoir un bras complètement différent qui n’est pas utilisé. Ce serait bien si le bras pouvait être desserré et mis au travail avec quelque chose d’utile. Un autre avantage de quelque chose de similaire est qu’un robot basé sur ces principes ne serait pas limité par un seul point d’erreur. En cas de dommage, les modules défectueux peuvent être remplacés, ou dans le cas où les remplacements ne sont pas proches, le reste du robot peut effectuer sa tâche en attendant l’arrivée des renforts. Grâce à sa conception, un robot modulaire peut communiquer avec toutes les autres parties de lui-même, quelles que soient les parties connectées, où elles se trouvent ou ce qu’elles font.

Avantages futurs de l’adaptation modulaire

Lorsque les robots commencent à voir une utilisation plus large en dehors des conditions contrôlées d’une usine où le terrain est imprévisible, l’adaptation est la seule chose qui rend leur utilisation possible. Les robots à roues sont un cauchemar en terrain rocheux. Les robots de jambe peuvent y réussir mais seront plus lents que les roues lorsqu’ils seront de retour sur le trottoir. Un robot qui peut être chargé avec des modules spéciaux qui seront probablement nécessaires et les arrête en cas de besoin.

Idée d’automatisation cellulaire de Rus Robotics Lab

Les chercheurs imaginent des robots qui peuvent aller là où les humains ne peuvent pas, comme des opérations de recherche et de sauvetage dans les décombres après une catastrophe naturelle comme un tremblement de terre. Les robots modulaires peuvent réussir dans de telles situations en se réorientant de manière à s’intégrer dans des espaces beaucoup plus petits que les robots traditionnels. Une façon intéressante de visualiser cela est présentée ici, dans le cadre de la recherche cellulaire automatisée menée au laboratoire de robotique Rus.

D’autres applications des robots modulaires sont dans des situations où le poids est un problème majeur et où les fonctions multifonctionnelles iraient très loin, par exemple dans l’espace. Il existe de nombreuses autres applications pour la robotique modulaire, car la hausse ne concerne pas seulement les applications de niche telles que les secours en cas de catastrophe et l’exploration spatiale, mais elle serait utile dans pratiquement toutes les situations. Une bonne façon de comprendre certaines de ces utilisations futures est de regarder comment les écrivains de science-fiction les « utilisent ». Neal Stephenson se met en quatre dans le roman Seveneves des moyens d’expliquer en détail l’utilisation de la robotique modulaire comme bêtes de somme pour les opérations spatiales.

Comme la démocratie robotique: qui est responsable de l’ensemble composé de nombreux individus?

À l’heure actuelle, la robotique modulaire n’est pas arrivée jusqu’à produire des robots utiles comme Baxter. Mais un travail très sérieux est en cours dans les laboratoires du monde académique et ailleurs pour faire ressortir les dernières nouveautés. En 2013, nous avons vu un laboratoire du MIT créer un ensemble de blocs pouvant se déplacer indépendamment et s’organiser dans différentes configurations de grille. C’est la machine cellulaire d’en haut qui est testée. Les modules, appelés blocs M, ont d’abord été limités en ce qu’ils étaient télécommandés et ne pouvaient se déplacer que dans une direction relative. Une preuve de concept, ils ont été impressionnants et le travail s’est poursuivi.

Un autre laboratoire qui fournit des résultats intéressants dans ce domaine est le ModLab de l’Université de Pennsylvanie. Ils travaillent actuellement sur de nombreux projets, notamment des fermes à topologie variable, un robot de vol à manœuvre unique et, bien sûr, un robot à module de changement de forme SMORES. Ces robots ont quatre degrés de liberté ainsi qu’un aimant manoeuvré qui leur permet d’interagir avec d’autres modules ou avec des surfaces métalliques. C’est l’un des modules les plus polyvalents que nous ayons vus jusqu’à présent, mais ils ont toujours les mêmes problèmes que les autres robots modulaires, qui consistent à communiquer avec un grand nombre d’objets et à décider de manière décentralisée comment effectuer au mieux les tâches.

Le contrôle d’un grand essaim d’objets sans structure de commande centrale devient également exponentiellement plus difficile à mesure que le nombre de modules ou d’unités augmente. Pour trouver l’inspiration sur la façon de gérer efficacement cet obstacle, nous pouvons cependant nous tourner vers de grands groupes de drones, qui peuvent être programmés pour contrôler une personne, mais aussi tous fonctionnent comme un groupe en accord les uns avec les autres sur la base d’un ensemble de règles prédéterminées. Un laboratoire du MIT a pu développer un algorithme de contrôle décentralisé de ces «essaims» de drones qui leur permet d’agir plus efficacement tout en pouvant suivre un ordre de contrôle global. Nous avons vu des projets similaires pour orienter également des essaims au sol qui peuvent agir d’une manière prescrite mais qui ont toujours la modularité comme principe de base.

Pas de mains, pas de pieds, juste des modules

Un autre inconvénient majeur de la conception M-Block (étant donné qu’il n’a jamais été destiné à être utilisé comme un robot modulaire fonctionnel) était que les modules ne pouvaient rien manipuler eux-mêmes mais ne pouvaient se déplacer que par rapport aux autres modules. C’est là que les robots modulaires que Dtto a su propulser le champ vers l’avant.

Dtto est basé sur un schéma de conception avec deux parties liées par une charnière. L’extérieur de chaque moitié peut être attaché à un autre module Dtto qui a lui-même une charnière au milieu. Chaque module peut contrôler sa charnière, ce qui donne au robot la possibilité de se déplacer facilement sous sa propre puissance et de connecter et déconnecter des parties de lui-même à volonté à partir de 10 endroits différents sur chaque module. Ceci est d’une polyvalence crédible car il multiplie un seul degré de liberté par module, en mouvements et angles qui sont nécessaires pour presque toutes les tâches.

Dtto a été nommé lauréat du grand prix du Hackaday Award 2016 et avec raison. Le projet nous a donné un aperçu de la façon dont un robot comme celui-ci fonctionnerait dans la pratique. Le projet ne propose pas de commande centrale pour les modules, ce qui les amène à décider collectivement comment ils doivent être assemblés pour atteindre un objectif. Et Alberto Molina continue de travailler sur la conception, ci-dessous est une démonstration d’un système de serrage amélioré qui donne la rotation de la face à la conception originale.

Les modules qui composent un robot Dtto communiquent sans fil entre eux, sont peu coûteux (une clé de la robotique modulaire), peuvent être facilement imprimés en 3D et sont complètement open source du matériel au logiciel. Il y a eu plusieurs groupes travaillant sur leurs propres bâtiments Dtto et leur diffusion car cela donnera plus de mains pour ajouter la conception du logiciel et s’appuyer sur l’excellent travail qui existe déjà.

Facteurs limitatifs que nous devons surmonter

Alors que le monde de la robotique modulaire continue de croître et de s’étendre, nous pouvons nous attendre à voir de nombreux développements dans ce domaine. Pour que ce concept fonctionne, les modules doivent être plus petits et plus compacts en même temps qu’ils deviennent plus forts afin qu’ils puissent déplacer la plupart d’une unité plus grande. Ils devront également améliorer leur capacité à communiquer entre eux et à prendre en charge un nombre de plus en plus grand de modules. Le logiciel de ces essaims est au moins aussi difficile à déchiffrer que la conception matérielle – les robots modulaires doivent résoudre des problèmes sans même savoir quelle forme ils prendront.

Mais ces problèmes valent vraiment notre temps et nos efforts. L’avantage d’un robot auto-orienté qui peut surmonter les pièces défectueuses sans intervention va changer la donne.

Constructeur de robot recherché

Comme je l’ai mentionné plus tôt, le défi actuel avec le prix Hackaday 2018 vous demande de présenter votre propre conception de robot. Vingt personnes repartiront avec un prix en argent de 1 000 $ et se qualifieront pour la finale où le grand prix de 50 000 $ et quatre autres grands prix vous attendent.

Bien sûr toi Pouvez construisez un robot modulaire comme Dtto si vous le souhaitez, et nous aimerions le voir! Mais Robotics Module Challenge est ouvert à de nombreux autres concepts. Il s’agit de conceptions matérielles ouvertes que d’autres peuvent utiliser dans leurs projets, apprendre et respin à des fins différentes – des simples cartes électroniques aux assemblages complexes et tout le reste. Nous voulons voir les belles astuces et les bonnes idées qui rapprochent un peu plus notre avenir rempli de robots.

Avez-vous besoin d’un démarrage rapide? Si vous êtes dans la région de la baie, rejoignez-nous samedi pour le meilleur atelier Robtics.

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