나노 입자로 구성된 로본 " 그레이 구 "

수십억 개의 나노 입자로 구성된 로봇 인 "회색 구 (grey goo)"의 개념은 수십 년 동안 공상 과학 팬들에게 매료되었습니다. 그러나 대부분의 연구자들은 그것을 단순한 이론으로 기각했습니다.

현재 로봇은 일반적으로 특정 기능을 가진 상호 의존적 인 하위 구성 요소로 구성된 독립형 엔티티입니다. 한 부분이 고장 나면 로봇이 작동을 멈 춥니 다. 로봇 떼에서 각 로봇은 독립적으로 작동하는 기계입니다.

오늘 Nature에 발표 된 새로운 연구에서 Columbia Engineering의 연구원과 MIT CSAIL (Computer Science & Artificial Intelligence Lab)은 처음으로 느슨하게 결합 된 많은 구성 요소 또는 "입자"로 구성된 로봇을 만드는 방법을 시연했습니다. 스웜 또는 모듈 식 로봇과 달리 각 구성 요소는 단순하며 개별 주소 나 ID가 없습니다. 연구원들이 "입자 로봇"이라고 부르는 그들의 시스템에서 각 입자는 균일 한 부피 진동 (약간 팽창 및 수축) 만 수행 할 수 있지만 독립적으로 움직일 수는 없습니다.

Columbia Engineering의 기계 공학 교수 Hod Lipson과 CSAIL 이사 Daniela Rus가 이끄는 팀은 수천 개의 입자를 "고정"클러스터로 그룹화 할 때 광원에 반응하여 진동을 일으킨다는 사실을 발견했습니다. 입자 로봇 전체가 천천히 빛을 향해 앞으로 움직이기 시작했습니다.

Lipson은 "새로운 로봇을 속담"회색 구 (Gray Goo) "라고 생각할 수 있습니다."우리 로봇에는 단일 장애 지점이없고 중앙 집중식 제어가 없습니다. 여전히 상당히 원시적이지만, 이제 우리는이 기본 로봇 패러다임이 실제로 가능하다는 것을 알고 있습니다. 우리는 개별 세포가 불가능하더라도 세포 그룹이 어떻게 함께 움직일 수 있는지 설명 할 수 있다고 생각한다. "

연구원들은 한 세기 이상 자율 로봇을 제작 해 왔지만, 비 생물학적 기계는 성장, 치유 또는 손상으로부터 복구 할 수 없었습니다. Columbia Engineering / MIT 팀은 개별 구성 요소가 고장난 경우에도 작동 할 수있는 강력하고 확장 가능한 로봇 개발에 중점을 두었습니다.

Creative Machines 연구소를 지휘하는 Lipson은 "로봇에 대한 접근 방식을 근본적으로 재고하고 로봇을 차별화 할 수있는 방법이 있는지 알아 내려고 노력해 왔습니다." "로봇을 생물학적 생물처럼 보이게 할뿐만 아니라 실제로 생물학적 시스템처럼 구성하여 복잡성과 능력이 풍부하면서도 기본적으로 단순한 부분으로 구성된 무언가를 창조합니다."

앤드류 (1956) 인 러스 (Rus)와 MIT의 전기 공학 및 컴퓨터 과학 교수 인 에르 나 비 테르 비 (Erna Viterbi) 교수는 "자연의 모든 생물체는 유기체를 만들기 위해 서로 다른 방식으로 결합 된 세포로 만들어졌다"고 덧붙였다. 우리는 다른 로봇을 만들기 위해 다른 방법으로 구성 될 수있는 로봇 셀을 가질 수 있을까요? 로봇은 작업에 필요한 최상의 모양을 가질 수 있습니다. 예를 들어 로봇이 테이블에서 스크류 드라이버를 필요로한다고하자면, 스크류 드라이버가 너무 멀어서 로봇이 셀을 다시 섞을 수 있다면 어떨까요? 목표가 바뀌면 몸도 바뀔 수 있습니다. "

Harvard Wyss Institute의 Chuck Hoberman과 Cornell의 다른 연구원들과 함께 일하는이 팀은 확장 및 수축과 같은 간단한 동작을 수행 할 수있는 동일한 구성 요소 또는 입자를 많이 사용했습니다. 시뮬레이션에서 그들은 100,000 개의 입자로 구성된 로봇을 시연했습니다. 실험적으로, 그들은 24 개의 입자를 포함하는 시스템을 보여 주었다.

"광원에 더 가까운 입자는 더 밝은 빛을 경험하기 때문에 더 빨리주기를 시작합니다."물리적 실험을 수행 한 논문의 공동 저자 인 Shuguang Li는 설명합니다. 코넬 (Cornell)에있는 립슨 (Lipson)의 이전 연구실에서 박사후 연구원으로 재직했으며 현재 CSAIL에서 루스 (Russ)와 함께 박사후 과정을 계속하고있는 리 (Li) 박사는 계속 진행하고있다. "이 운동은 클러스터 전체에 걸쳐 빛에 더 가까운 곳에서 멀리 떨어진 곳까지 일종의 파동을 생성하며, 그 파동은 전체 클러스터가 빛을 향해 움직이게합니다. 빛을 향한 움직임은 개인에게도 글로벌 운동을 만듭니다. 입자는 독립적으로 움직일 수 없습니다. "

시뮬레이션에서이 동작을 모델링하여 수백 및 수천 개의 입자로 더 큰 규모로 장애물 회피 및 객체 이동을 탐색했습니다. 또한 시끄러운 구성 요소와 개별 장애에 대한 입자 로봇 패러다임의 탄력성을 입증 할 수있었습니다.

"우리는 입자 로봇이 입자의 20 %가 죽은 경우에도 전체 기능 속도의 약 절반을 유지한다는 것을 발견했습니다."라고 논문의 첫 저자 인 Lipa Batra와 Lipson의 박사 연구생은 시뮬레이션 연구를 이끌었습니다.

이 팀은 이미 많은 cm 크기의 입자로 시스템을 테스트하고 있습니다. 그들은 또한 진동하는 마이크로 스피어와 같은 다른 형태의 입자 로봇을 탐색하고 있습니다.

Lipson은“우리는 언젠가 소리 나 빛 또는 화학적 구배에 반응하는 마이크로 비드와 같은 수백만 개의 작은 입자로 이러한 종류의 로봇을 만드는 것이 가능할 것이라고 생각한다. "이러한 로봇은 지역을 청소하거나 알 수없는 지형 / 구조를 탐색하는 등의 작업을 수행하는 데 사용될 수 있습니다."