地震等自然災害對建築物、公用事業和基礎設施造成廣泛破壞,並威脅人類安全。能夠順利穿越瓦礫,迅速進入高度不穩定的區域,對於挽救生命或檢測殘骸中的危險非常重要。
類人機器人在某些特定的情況下特別有用,但有時候可能會被大材小用。比如,在實行搜救之前,為了先探索環境蒐集資料,使用更小、更便宜、更專業的機器人會更有效率。
包括波士頓動力的網紅機器人Atlas在內的類人機器人,主要目的都是進行搜救等具體操作?
讓救援人員與機器人合作評估高風險情景和環境,有助於提高成功搜尋和恢復工作的效率,最大限度地減少對搜救人員的威脅。
近日,美國國防部高階研究計劃局(DARPA)宣佈了一個名為SHRIMP的新專案:短程獨立的微型機器人平臺( SHort-Range Independent Microrobotic Platforms,SHRIMP)。目標是“開發和演示用於自然和關鍵災難場景的多功能微毫型機器人平臺”。
為了使機器人既小巧又實用,SHRIMP將支援對最困難的部件進行基礎研究,包括驅動器、移動系統和電源儲存。
以下是來自DARPA的專案公告:
想象一個自然災害的場景,例如地震,地震會對建築物和結構設施、重要的公用設施和基礎設施造成廣泛的破壞,並威脅到人類的安全。能夠在廢墟中穿行並進入高度不穩定的地區,對於拯救生命或發現殘骸中存在的其他危險是非常寶貴的。與機器人合作,評估高風險場景和環境,可以幫助增加成功搜尋和恢復工作或其他關鍵任務的可能性,與此同時最小化對人類團隊的威脅。
微電子機械系統(MEMS)、附加製造、壓電驅動器和低功耗感測器的技術進步,使研究人員能夠擴充套件到微毫米機器人領域。然而,由於技術萎縮所帶來的技術障礙,這些平臺缺乏熟練完成複雜任務的能力、導航和控制能力。
“無論是在自然災害情況下,搜尋和救援任務,危險環境,還是其他重要的救援情況,機器人都有可能提供急需的助手和支援,”微系統公司DARPA專案經理Ronald Polcawich博士說。技術辦公室(MTO)。“但是,對於大型機器人平臺而言,有許多環境無法訪問。較小的機器人系統可以提供重要的幫助,但縮小這些平臺需要顯著推進底層技術。”
SHRIMP是美國國防部高階研究計劃局(DARPA)為災難恢復和高危環境開發的昆蟲級機器人新專案?
SHRIMP計劃旨在推動多功能mm-to-cm規模機器人平臺的開發。這項工作的關鍵是微致動器材料和節能電力系統的基礎研究,用於受SWaP約束的微機器人系統。這些進步可以實現包括搜尋和救援,救災,危險環境檢查,空氣動力學平臺的飛行控制,可操縱光學和假肢的應用。
“SWaP”一詞的意思是“大小(size)、重量(weight)和功率(power)”,這個詞總結了微型機器人開發所受到的一些限制。
最大的限制可能是功率問題,小型機器人不能在一兩分鐘內就耗盡能量,也不能依賴於外來能源,比如鐳射或磁鐵。還需要考慮控制,真正的小微機器人幾乎總會依賴板外處理器。
這些東西本質上限制了微型機器人在現實世界中的用處,這也是為什麼DARPA希望直接用SHRIMP來解決這個問題。
有趣的是,SHRIMP專案希望用一次“奧運會”,檢測這些小型機器人的效能:比如執行與可操作性、靈活性和操控性相關的“任務”。DARPA將把競爭分為兩部分:一部分用於驅動器和電源,另一部分用於完整的機器人。
下面是驅動器和電源競賽的專案;DARPA預計,該團隊將開發重量不到1克的系統,並將其安裝在一立方厘米的範圍內。
跳高:微機器人驅動器-動力系統必須從靜止的起始位置垂直地推動自身,以垂直方向的距離和生存性作為判斷標準。預期結果:> 5釐米。
跳遠:微型機器人電源驅動系統必須從靜止的起始位置水平推進,距離僅以水平方向和生存能力為判斷標準。預期結果:> 5釐米
舉重:微型機器人電源驅動系統必須舉起一個質量逐漸增大的物塊,直到驅動系統再也無法舉起重量。預期結果:> 10 g。
推鉛球:微型機器人電源驅動系統必須水平地推進物塊,以水平方向測量的距離作為判斷標準。必須嘗試1克和5克的質量。預期結果:>10cm @ 1g, >5cm @ 2g。
拔河:微型機器人電源驅動系統將連線到一個測壓元件,以測量驅動器機構的阻擋力。預期結果:> 25 mN。
與整個機器人競爭的團隊將有一組單獨的事件,DARPA正在尋找在一個非常小、不到一立方厘米的體積和重量不到1克的小方塊中實現很多的能力,DARPA希望看到“微電源,電源轉換器,驅動機制和機械傳動和結構元素,計算控制,感測器的穩定性和控制,以及任何必要的感測器和執行機構,以提高平臺的可操作性和靈活性。
“機器人應該能夠移動3分鐘,運輸成本低於50美元。”團隊被允許為不同的事件開發不同的機器人,但是DARPA希望獲勝的設計能夠在至少四個事件中獲勝。
堆石:每一次嘗試,微型機器人必須在至少兩層中移動,舉起和堆疊重量(從0.5到2.0克不等),不需要人工互動。期望結果:2g, 2層。
障礙賽跑:比賽的隊伍將被給予相對於起始地點的精確的地點和障礙型別(例如障礙,間隙,臺階等)。對於每一次嘗試,微型機器人必須在沒有人類互動的情況下完成,也無需在每個障礙之間重新充電。以清除障礙物的數量和總距離作為評判標準。預期結果:2個障礙,5米。
冬季兩項:參賽隊伍可以選擇三種信標型別(溫度、光線或聲音),也可以選擇使用所有的三種信標。對於每一次嘗試,微型機器人必須穿越一系列信標路徑點,而無需人工互動或重新充電。預期結果:2個信標,5m。
垂直提升:微型機器人將遍歷兩個表面,一個淺的坡度(10º),另用一把極度傾斜的坡度(80º)。所走過的垂直距離將作為評判標準。預期結果:10米 10°,1米 80°。
DARPA擁有3200萬美元的資金,可以用於多個SHRIMP專案。論文摘要將於8月10日截止提交,提案將於9月26日截止提交,競賽最早可能在明年3月舉行。
提案提交地址:
https://www.darpa.mil/news-events/2018-07-17