Varför robotar borde inspireras mer av växter

tden stora titulära robotar från “Transformers”-universumet, en populär franchise som sträcker sig över leksaker, TV serier, tv-spel och filmer, rör sig över golvet på två sätt. På hjul, när de är i form av ett fordon; på jättelika fötter när de inte är det. I decennier har de flesta verkliga robotar också passat in i dessa två fiktiva paradigm.

Sedan, för cirka 15 år sedan, insåg vi att andra sätt att förflytta sig var möjliga. “Zoomorphic” robotar utforskade djurriket för inspiration, med hjälp av årtusenden av evolutionär forskning och utveckling. En imiterade den formbara armen på en bläckfisk, vilket gör att den enkelt kan greppa föremål och manövrera i trånga, knepiga utrymmen. En annan replikerade en geckos ås-täckta tår och följaktligen dess förmåga att klättra på väggar.

Djurliknande robotar är fortfarande populära. Under de senaste åren har de väpnade styrkorna i USA och Storbritannien experimenterat med fyrfotiga robot-”hundar” för patrullering och övervakning; I februari skickades en ormliknande robot till en av de skadade kärnreaktorerna vid Fukushima-kraftverket i Japan för att inspektera skräpet som lämnats inuti. Och ändå, säger Barbara Mazzolai, en italiensk robotiker, har robottekniken visat sig vara mycket mindre intresserad av att forska i den andra viktiga kategorin av levande varelser: växter. Hon tillskriver motviljan till en missuppfattning om nyttan av växtbeteende: att de inte är kapabla till rörelse eller uppfattning. “Det är inte alls sant”, säger han.

Dr. Mazzolai och hennes team vid Bioinspired Soft Robotics Laboratory vid Italian Institute of Technology (JAG DET) har nyligen presenterat i Genua en maskin utformad för att rycka upp denna dogm. skriva in Vetenskaplig robotik, beskrev “FiloBot”, en robot baserad på klätterväxter. Som om det vore verkligt kan FiloBot (från det italienska ordet “tendril”) växa, fästa och väva runt stöd och navigera genom en miljö som svar på yttre stimuli.

För att överleva måste en klätterväxt ha förmågan att växla mellan flera olika beteendesätt. I skogsmiljöer måste den först växa upp ur marken och färdas längs marken i jakt på stöd att hålla fast vid (till exempel ett närliggande träd). För att göra detta måste växten ha en struktur som kan bära sin egen vikt. Men när ett stöd väl är lokaliserat måste växten ändra strategi: förankra sig runt föremålet och sedan växa mot ljuset. För att överträffa andra växter måste du röra dig så snabbt som möjligt och prioritera snabb tillväxt framför vikt.

För att hjälpa den att välja den bästa vinkeln att växa använder en klätterväxt information från ljus- och gravitationsreceptorer fördelade längs varje skott. Du kan också ändra volymen på dina rankor genom att ändra hur cellerna som utgör dem delar sig och förlängs: mer stoppning i mitten kommer att skapa en fastare rankor, medan extra tillväxt på ena sidan kommer att leda till krökning.

Gå mot ljuset

FiloBot härmar dessa beteenden med hjälp av sensorer på huvudet, i spetsen av huvudskottet, som också är försett med en plastspole och värmeelement. Genom att smälta och extrudera plasten i ett cirkulärt mönster kan du 3D-skriv ut din egen kropp med en hastighet på mellan två och sju millimeter per minut (bambu, den snabbaste växten i världen, kan inte överstiga 0,1). Beroende på glans och orientering ändrar den värmen som plasten utsätts för: lägre temperaturer resulterar i en sprödare kropp som ökar i storlek snabbare, medan högre temperaturer ger tätare, starkare klumpar som växer sig större långsamt. Genom att variera mängden plast som deponeras runt cirkeln kan den också växa i ett roterande mönster tills den ringlar runt ett stöd.

Forskarna fann att dessa enkla funktioner var tillräckligt för att FiloBot skulle kunna röra sig genom en komplex, osynlig miljö, korsa utrymmen och hitta saker att ansluta till. De säger att avsaknaden av tung datorhårdvara ombord innebär att den förblir smidig och kräver minimal övervakning, medan dess långsamma takt betyder att den inte stör saker runt omkring. De tror att detta gör det lämpligt för potentiella tillämpningar, inklusive miljöövervakning på okända eller svåråtkomliga platser (där pilotering av en robot längs en exakt kurs kan vara omöjlig), eller övervakning av katastrofplatser där befintlig infrastruktur är instabil.

För nu, medan forskare justerar det och testar det ytterligare, har FiloBots rankor inte lämnat labbet. Ändå har det redan visat sig användbart för att dekonstruera växtbeteende. Till exempel har det länge antagits att klätterväxter fann sitt stöd genom att dra fördel av deras förmåga att växa in i skuggan, även om den exakta mekanismen var oklar. FiloBot kunde replikera detta beteende genom att söka efter de långt röda våglängderna som är karakteristiska för skuggade områden, vilket ger insikt i hur växter kan uppnå samma sak.

FiloBot är inte den enda växtliknande roboten som teamet odlar. Dr Mazzolai har utvecklat rotbaserade “plantoider” sedan 2012 (då världens första växtinspirerade robotföretag). Dessa kan gräva ner sig i marken och kan användas för att analysera kemikalier eller hitta vatten. Och 2021 gruppen av JAG DET, tillsammans med europeiska partners, började utveckla “I-Seed”, en biologiskt nedbrytbar minirobot som kan röra sig med vind och regn och ändra form beroende på luftfuktighet. Baserat på frön från den sydafrikanska pelargonen kan den användas för att transportera och distribuera riktiga frön för återplantering, öppna upp och släppa sin last när den når lämplig jord.

Dr Mazzolai hoppas att projekt som detta kommer att inspirera andra robotiker att följa botanikens exempel. Växtriket är en annan värld, säger han, med ett helt annat förhållningssätt än djurriket. “Och så kan vi utveckla helt ny teknik och konstgjorda lösningar, eftersom det är väldigt annorlunda.”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *