Capitolo 3 : Robotica BEAM

La robotica nella tradizione BEAM (biologia, elettronica, estetica e meccanica) evita l'uso di un microprocessore a favore di circuiti analogici più semplici come i comparatori per creare nuove forme meccaniche. La robotica BEAM, sebbene non sia adattabile come i robot basati su microprocessore, può essere affidabile ed efficace se utilizzata per lo scopo previsto.

Per rispondere meglio al suo ambiente di lavoro, i robot BEAM possono utilizzare una serie di circuiti analogici che imitano i neuroni biologici.

Il fondamento di BEAM è la capacità di una macchina di rispondere agli stimoli. Il meccanismo sottostante, in cui il circuito (o una rete Nv di neuroni Nv) viene utilizzato per simulare i comportamenti biologici dei neuroni, è stato inventato da Mark W. Tilden. Ed Rietman pubblicò una serie di esperimenti sulle reti neurali artificiali che ricordavano questo lavoro. Il circuito di Tilden è simile a un registro a scorrimento, ma presenta alcuni miglioramenti chiave che lo rendono più adatto all'uso in un robot mobile.

Incluse norme aggiuntive (e in varia misura applicate):

Riduci il più possibile il numero di componenti elettronici che utilizzi ("keep it simple")

Riutilizzare e riciclare il tecnoscrap

Utilizzare i raggi luminosi (come l'energia solare)

Molti robot BEAM sono dotati di piccoli pannelli solari per alimentare un "motore solare", il che li rende completamente autonomi e utilizzabili in una varietà di ambienti di illuminazione. Oltre al livello computazionale di base delle "Reti Nervose" di Tilden, BEAM ha aggiunto una vasta gamma di nuove risorse per gli esperti di robotica. La comunità BEAM ha documentato e condiviso una varietà di circuiti, tra cui il circuito "Solar Engine", numerosi circuiti a ponte H per il controllo di piccoli motori, progetti di sensori tattili e tecniche per la costruzione di robot su mesoscala (palmari).

La robotica BEAM, che prende spunto dagli approcci "basati sulla reazione" di Rodney Brooks, cerca di imitare i tratti e le azioni degli esseri viventi nel tentativo di domare i robot "selvaggi" che crea. L'estetica dei robot BEAM si basa sul principio "la forma segue la funzione", che viene poi modificato dalle decisioni del progettista mentre lavorano per implementare la funzionalità prevista del robot.

Il vero significato di BEAM è aperto all'interpretazione. Biologia, Elettronica, Arte e Meccanica sono le interpretazioni più comuni.

Mark Tilden ha usato per la prima volta questo termine in un panel del 1990 presso l'Ontario Science Centre. Mark stava mostrando alcuni dei robot unici che ha sviluppato mentre lavorava lì.

Molti altri nomi meno comuni sono in uso, però:

Biotecnologie Etologia Analogia Morfologia

Costruzione dell'anarchia, evoluzione e modularità

A differenza di molte altre architetture robotiche basate su microcontrollori, i robot BEAM sono progettati attorno all'idea di molteplici comportamenti semplici collegati direttamente ai sistemi di sensori con un condizionamento minimo del segnale. L'opera fondamentale "Vehicles: Experiments in Synthetic Psychology" condivide principi di progettazione simili. Questo libro approfondisce il modo in cui semplici collegamenti di sensori inibitori ed eccitatori agli attuatori possono portare allo sviluppo di comportamenti complessi dei robot attraverso una serie di esperimenti mentali. A causa della filosofia di progettazione incentrata sull'hardware di livello molto basso, i microcontrollori e la programmazione informatica non sono in genere inclusi in un robot BEAM tradizionale ("puro").

La combinazione delle due tecnologie ha portato a progetti di robot di successo. Questi "ibridi", come i BEAMbot con topologia "horse-and-rider", soddisfano la domanda di sistemi di controllo robusti, fornendo al contempo la flessibilità offerta dalla programmazione dinamica (ad esempio lo ScoutWalker 3). La tecnologia BEAM tradizionale viene utilizzata per implementare il comportamento del "cavallo", ma un "cavaliere" basato su microcontrollore può guidare tale comportamento per raggiungere gli obiettivi del cavaliere.

I BEAMbot sono disponibili in molte varietà di "-trope", ognuno con il proprio insieme di obiettivi che spera di raggiungere. I fototropi sono i più comuni della serie perché un robot a energia solare trarrebbe il massimo beneficio da un comportamento di ricerca della luce.

La risposta audiotropica.

Gli audiofili gravitano intorno ai dispositivi di riproduzione.

Coloro che sono audiofobici evitano il rumore.

I fototropi "alla ricerca della luce" sono attratti dall'illuminazione.

La luce attira i fotofili, chiamati anche fotovori.

Coloro che sono fotofobici evitano le luci intense.

I radiotropi sono sensibili alle onde radio.

Gli appassionati di radiazioni a radiofrequenza (RF) tendono a riunirsi vicino a tali dispositivi.

Chi ha paura delle radiazioni a radiofrequenza lo evita.

I termotropi sono sensori di temperatura.

I termofili sono attratti dalle alte temperature.

Chi ha paura del caldo li evita.

I BEAMbot possono muoversi e posizionarsi in diversi modi. Tra questi ci sono:

I robot che stanno fermi e non fanno nulla sono noti come "sitter"..

Beacon: inviano un segnale (in genere un blip direzionale) che altri BEAMbot possono utilizzare per trovare la strada.

Colpisci, metti su uno "spettacolo di luci" o una sequenza musicale per noi. I pummer sono in genere robot notturni a energia solare che immagazzinano energia durante il giorno.

Gli ornamenti sono un termine generico per gli accessori da tavolo diversi da fari e pummer. Questi sono tipicamente esempi di arte elettronica.

Gli Squirmers sono interessanti robot stazionari che si contorcono (di solito muovendo una sorta di arti o appendici).

Magbots: si animano con campi magnetici.

Gli sbandieratori sono persone che cambiano la posizione di un cartello (o "bandiera") a un intervallo prestabilito.

Gira il tuo e muoviti nella direzione di un oggetto facilmente osservabile, come un lampo di luce. (Nella sottocultura BEAM, questi sono abbastanza comuni. Possono funzionare come robot indipendenti, ma si trovano più comunemente come componenti di macchine più grandi.

Vibratori: si muovono scuotendosi con un piccolo motore cercapersone e un peso decentrato.

I robot che si muovono facendo scorrere le parti del corpo lungo una superficie mantenendo il contatto con quella superficie sono noti come cursori.

Usa un movimento ondulatorio orizzontale, come un serpente.

Il movimento ondoso longitudinale è utilizzato dai lombrichi.

I cingolati sono robot che possono muoversi lungo i binari o facendo rotolare i loro corpi con un accessorio. Il telaio del robot non si trascina lungo il pavimento.

Tutti i rombo usano le braccia e i flagelli per eseguire una capriola completa.

I vermi sono veicoli che spostano in avanti solo il telaio, non l'intero corpo.

Robot con ruote cingolate, come quelli di un carro armato.

I robot che utilizzano un decollo e un atterraggio verticale per spostarsi sono chiamati "jumper"..

Vibrobots: emettono un rumore tremolante mentre si muovono in modo casuale su una superficie piana.

Springbots: avanza rimbalzando in avanti in un percorso predeterminato.

I robot che si spostano facendo rotolare tutto o parte del loro corpo sono noti come rulli.

Symets: Alimentato da un unico motore il cui albero entra in contatto con il suolo; La direzione del movimento è determinata da quale dei diversi punti di contatto simmetrici attorno all'albero è a contatto con il suolo.

I Solarroller sono veicoli a motore singolo, a una o due ruote alimentati da energia solare e ottimizzati per la velocità su una breve distanza pianeggiante.

Due motori alimentati da generatori indipendenti a energia solare; Affidamento su sensori differenziali per l'azione.

Per far rotolare le miniball, devi modificare il loro centro di gravità.

I robot con gambe in grado di entrare in contatto differenziale con il suolo sono indicati come deambulatori. I BEAM walker sono in genere reti Nv non programmate che camminano e reagiscono all'ambiente circostante in base alla resistenza dei loro motori.

Il movimento delle gambe è alimentato da motori (in genere 3 motori o meno).

Gli attuatori delle gambe sono alimentati da fili muscolari in Nitinol (lega di nichel-titanio).

Gli aquabot o erbivori acquatici sono un altro nome per i nuotatori. Robot a movimento superficiale e sommerso per l'uso in ambienti liquidi (tipicamente acqua).

I robot che funzionano sulla superficie dell'acqua sono chiamati "barche".

Funzionando sotto la superficie di un liquido, i subbot sono in grado di.

I volantini sono robot che possono volare per lunghi periodi di tempo.

Per la portanza e il movimento in avanti negli elicotteri, viene utilizzato un singolo rotore motorizzato.

Gli aerei possono creare portanza con superfici alari fisse o mobili.

Dischi volanti: galleggia su un pallone a galleggiamento neutro.

Gli scalatori sono robot in grado di scalare o scendere una superficie verticale utilizzando una sorta di guida, in genere una corda o un filo.

L'uso commerciale dei robot autonomi è attualmente limitato a pochi prodotti di nicchia come l'aspirapolvere robotico iRobot Roomba e alcuni tosaerba autonomi. Più comunemente, BEAM è stato utilizzato per la prototipazione rapida di sistemi di movimento e in contesti educativi e hobbistici. B.I.O.Bug e RoboRaptor di Wow-Wee Robotics sono due esempi di come Mark Tilden abbia utilizzato BEAM...