stringtranslate.com

BEAM-робототехника

BEAM-робототехника [1] (от слов «биология» , «электроника» , «эстетика» и «механика» ) — это стиль робототехники , который в первую очередь использует простые аналоговые схемы , такие как компараторы , вместо микропроцессора , чтобы создать необычайно простую конструкцию. Хотя она не такая гибкая, как робототехника на основе микропроцессоров, BEAM-робототехника может быть надежной и эффективной в выполнении задач, для которых она была разработана.

Роботы BEAM могут использовать набор аналоговых схем [2] , имитирующих биологические нейроны, для облегчения реакции робота на рабочую среду.

Механизмы и принципы

Базовые принципы BEAM сосредоточены на способности, основанной на стимуле-реакции внутри машины. Базовый механизм был изобретен Марком В. Тилденом , где схема (или сеть Nv из нейронов Nv ) используется для имитации поведения биологических нейронов. Некоторые похожие исследования ранее были проведены Эдом Ритманом в «Экспериментах в области искусственных нейронных сетей». Схему Тилдена часто сравнивают со сдвиговым регистром , но с несколькими важными особенностями, делающими ее полезной схемой в мобильном роботе.

Другие включенные правила (и применяемые в разной степени):

  1. Используйте как можно меньше электронных элементов ( «сохраняйте простоту» ).
  2. Переработка и повторное использование технолома
  3. Использовать лучистую энергию (например, солнечную энергию )

Существует большое количество роботов BEAM, разработанных для использования солнечной энергии от небольших солнечных батарей для питания «солнечного двигателя», который создает автономных роботов, способных работать в широком диапазоне условий освещения. Помимо простого вычислительного уровня « Нервных сетей » Тилдена, BEAM привнес множество полезных инструментов в набор инструментов робототехника. Схема «солнечного двигателя», множество схем H-моста для управления небольшими двигателями, конструкции тактильных датчиков и методы строительства мезомасштабных (размером с ладонь) роботов были задокументированы и распространены сообществом BEAM. [3]

BEAM-роботы

Будучи сосредоточенной на поведении, «основанном на реакции» (первоначально вдохновленном работой Родни Брукса ), робототехника BEAM пытается копировать характеристики и поведение биологических организмов , с конечной целью одомашнивания этих «диких» роботов. Эстетика роботов BEAM исходит из принципа « форма следует за функцией », который регулируется конкретными выборами дизайна, которые делает строитель при реализации желаемой функциональности.

Споры по поводу имени

У разных людей разные идеи о том, что на самом деле означает BEAM. Наиболее общепринятое значение — это B iology , E lectronics , A estethics , and M echanics .

Этот термин был предложен Марком Тилденом во время дискуссии в Научном центре Онтарио в 1990 году. Марк демонстрировал подборку своих оригинальных ботов, которые он построил во время работы в Университете Ватерлоо .

Однако существует множество других не очень популярных названий, [ необходима ссылка ] в том числе:

Микроконтроллеры

В отличие от многих других типов роботов, управляемых микроконтроллерами , роботы BEAM построены по принципу использования нескольких простых поведений, напрямую связанных с сенсорными системами с небольшим согласованием сигнала . Эта философия проектирования тесно перекликается с классической книгой «Транспортные средства: эксперименты по синтетической психологии». [4] С помощью серии мысленных экспериментов эта книга исследует развитие сложного поведения робота с помощью простых ингибирующих и возбуждающих сенсорных связей с исполнительными механизмами . Микроконтроллеры и компьютерное программирование обычно не являются частью традиционного (т. е. «чистого») робота BEAM из-за очень низкоуровневой аппаратно-ориентированной философии проектирования .

Существуют успешные конструкции роботов, объединяющие эти две технологии. Эти «гибриды» удовлетворяют потребность в надежных системах управления с дополнительной гибкостью динамического программирования, как топология «лошадь-всадник» BEAMbots (например, ScoutWalker 3 [5] ). Поведение «лошади» реализуется с помощью традиционной технологии BEAM, но «всадник» на основе микроконтроллера может управлять этим поведением, чтобы достичь целей «всадника».

Типы

Существуют различные " -тропные " BEAMbots, которые пытаются достичь определенной цели. Из этой серии наиболее распространены фототропы, поскольку поиск света был бы наиболее полезным поведением для робота на солнечных батареях.

Общий

BEAMbots имеют различные механизмы движения и позиционирования. Они включают:

Заявки и текущий прогресс

В настоящее время [ когда? ] автономные роботы получили ограниченное коммерческое применение, за некоторыми исключениями, такими как робот-пылесос iRobot Roomba и несколько роботов-газонокосилок. Основное практическое применение BEAM заключалось в быстром прототипировании систем движения и хобби/образовательных приложений. Марк Тилден успешно использовал BEAM для прототипирования продуктов для Wow-Wee Robotics, о чем свидетельствуют BIOBug и RoboRaptor. Solarbotics Ltd., Bug'n'Bots, JCM InVentures Inc. и PagerMotors.com также вывели на рынок товары для хобби и образования, связанные с BEAM. Vex также разработал Hexbugs , крошечных роботов BEAM.

Начинающие робототехники BEAM часто сталкиваются с проблемами, связанными с отсутствием прямого контроля над «чистыми» схемами управления BEAM. Продолжается работа по оценке биоморфных методов, которые копируют естественные системы, поскольку они, по-видимому, обладают невероятным преимуществом в производительности по сравнению с традиционными методами. Существует множество примеров того, как крошечные мозги насекомых способны на гораздо лучшую производительность, чем самая передовая микроэлектроника. [ необходима цитата ]

Другим препятствием для широкого применения технологии BEAM является предполагаемая случайная природа «нервной сети», которая требует от строителя изучения новых методов для успешной диагностики и манипулирования характеристиками схемы. Аналитический центр международных ученых [12] ежегодно встречается в Теллуриде, штат Колорадо , чтобы напрямую заняться этим вопросом, и до недавнего времени Марк Тилден был частью этих усилий (ему пришлось отказаться из-за его новых коммерческих обязательств с игрушками Wow-Wee).

Не имея долговременной памяти, роботы BEAM, как правило, не учатся на прошлом поведении. Однако в сообществе BEAM велась работа по решению этой проблемы. Одним из самых продвинутых роботов BEAM в этом ключе является Hider Брюса Робинсона [13] , который обладает впечатляющей степенью возможностей для конструкции без микропроцессора.

Публикации

Патенты

Книги и статьи

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "BEAM Robotics". Robohub . Получено 2019-12-30 .
  2. ^ "Библиотека ссылок BEAM -- Схемы BEAMbot". solarbotics.net . Получено 30.12.2019 .
  3. ^ Сообщество BEAM
  4. ^ Брайтенберг, Валентино. Транспортные средства, эксперименты в синтетической психологии. Кембридж, Массачусетс: MIT Press, 1984. Печать.
  5. ^ "The ScoutWalker 3". Архивировано из оригинала 2012-07-17 . Получено 2012-06-21 .
  6. ^ Сил, Эрик, « Натурщики ». EncycloBEAMia, 2003.
  7. ^ Сил, Эрик, « Pummers ». EncycloBEAMia, 2003.
  8. ^ Сил, Эрик, " Орнаменты ". ЭнциклоБЕАМия, 2003
  9. ^ Сил, Эрик, « Сквирмеры ». ЭнциклоБИМИЯ, 2003.
  10. ^ Сил, Эрик, « Головы ». EncycloBEAMia, 2003.
  11. ^ Сил, Эрик, « Пловец ». EncycloBEAMia, 2003.
  12. ^ Институт нейроморфной инженерии. Архивировано 16 июля 2019 г. на Wayback Machine (INE)
  13. ^ « Hider» Брюса Робинсона

Внешние ссылки