Capítulo 3 : Robótica BEAM
A robótica na tradição BEAM (biologia, eletrônica, estética e mecânica) evita o uso de um microprocessador em favor de circuitos analógicos mais simples, como comparadores, para criar novas formas mecânicas. A robótica BEAM, embora não seja tão adaptável como os robôs baseados em microprocessadores, pode ser fiável e eficaz quando utilizada para o fim a que se destinam.
Para melhor responder ao seu ambiente de trabalho, os robôs BEAM podem usar um conjunto de circuitos analógicos que imitam neurónios biológicos.
A base do BEAM é a capacidade de uma máquina responder a estímulos. O mecanismo subjacente, em que o circuito (ou uma rede Nv de neurônios Nv) é usado para simular comportamentos biológicos do neurônio, foi inventado por Mark W. Tilden. Ed Rietman publicou uma série de experimentos em redes neurais artificiais que lembravam este trabalho. O circuito de Tilden é semelhante a um registrador de turnos, mas tem algumas melhorias importantes que o tornam mais adequado para uso em um robô móvel.
Regulamentos adicionais incluídos (e aplicados em diferentes graus):
Reduza ao máximo o número de componentes eletrónicos que utiliza ("mantenha a simplicidade")
Reutilizar e reciclar technoscrap
Faça uso de raios de luz (como a energia solar)
Muitos robôs BEAM são equipados com pequenos painéis solares para alimentar um "Motor Solar", tornando-os totalmente autônomos e utilizáveis em uma variedade de ambientes de iluminação. Além da camada computacional básica das "Redes Nervosas" de Tilden, o BEAM adicionou uma riqueza de novos recursos para roboticistas. A comunidade BEAM documentou e compartilhou uma variedade de circuitos, incluindo o circuito "Solar Engine", numerosos circuitos de ponte H para controle de pequenos motores, projetos de sensores táteis e técnicas para a construção de robôs de mesoescala (do tamanho da palma da mão).
A robótica BEAM, que se inspira nas abordagens "baseadas em reações" de Rodney Brooks, procura imitar os traços e ações dos seres vivos num esforço para domar os robôs "selvagens" que cria. A estética dos robôs BEAM baseia-se no princípio "a forma segue a função", que é depois modificado pelas decisões do designer à medida que trabalham para implementar a funcionalidade pretendida do robô.
O verdadeiro significado de BEAM está aberto a interpretações. Biologia, Eletrônica, Arte e Mecânica são as interpretações mais comuns.
Mark Tilden usou este termo pela primeira vez em um painel de 1990 no Centro de Ciência de Ontário. Mark estava mostrando alguns dos robôs exclusivos que desenvolveu enquanto trabalhava lá.
Muitos outros nomes menos comuns estão em uso, no entanto:
Biotecnologia Etologia Analogia Morfologia
Construção da Anarquia, Evolução e Modularidade
Em contraste com muitas outras arquiteturas de robôs baseados em microcontroladores, os robôs BEAM são projetados em torno da ideia de múltiplos comportamentos simples ligados diretamente a sistemas de sensores com condicionamento mínimo de sinal. A obra seminal "Veículos: Experiências em Psicologia Sintética" partilha princípios de design semelhantes. Este livro investiga como simples ligações de sensores inibitórios e excitatórios aos atuadores podem levar ao desenvolvimento de comportamentos complexos de robôs através de uma série de experiências mentais. Devido à filosofia de design centrada em hardware de nível muito baixo, os microcontroladores e a programação de computadores não são normalmente incluídos num robô BEAM tradicional ("puro").
A combinação das duas tecnologias resultou em projetos de robôs bem-sucedidos. Esses "híbridos", como os BEAMbots de topologia "cavalo e cavaleiro", satisfazem uma demanda por sistemas de controle robustos, ao mesmo tempo em que fornecem a flexibilidade proporcionada pela programação dinâmica (por exemplo, o ScoutWalker 3). A tecnologia BEAM tradicional é usada para implementar o comportamento do "cavalo", mas um "cavaleiro" baseado em microcontrolador pode orientar esse comportamento para alcançar os objetivos do cavaleiro.
Os BEAMbots vêm em muitas variedades "-trope", cada um com seu próprio conjunto de objetivos que espera alcançar. Os fototrópicos são os mais comuns da série porque um robô movido a energia solar se beneficiaria mais de um comportamento de busca de luz.
A resposta audiotrópica.
Os audiófilos gravitam em torno de dispositivos de reprodução.
Quem é audiofóbico evita o barulho.
Os fototrópicos "à procura de luz" são atraídos pela iluminação.
A luz atrai fotófilos, também chamados de fotóvoros.
Quem é fotofóbico evita luzes brilhantes.
Os radiotrópicos são sensíveis às ondas de rádio.
Os entusiastas da radiação de radiofrequência (RF) tendem a se reunir perto desses dispositivos.
Aqueles que têm medo da radiação de radiofrequência evitam-na.
Thermotropes são sensores de temperatura.
Os termófilos são atraídos para altas temperaturas.
Quem tem medo do calor evita-os.
Os BEAMbots podem mover-se e posicionar-se de várias maneiras diferentes. Entre estas contam-se:
Os robôs que ficam parados e não fazem nada são conhecidos como "babás"..
Beacons: Envie um sinal (normalmente um blip direcional) que outros BEAMbots podem usar para encontrar o seu caminho.
Pummers, coloque um "show de luzes" ou uma sequência musical para nós. Os pummers são tipicamente robôs noturnos movidos a energia solar que armazenam energia durante o dia.
Ornamentos são um termo genérico para acessórios de mesa que não sejam faróis e batedores. Estes são tipicamente exemplos de arte eletrônica.
Os esquilos são robôs interessantes e estacionários que se contorcem (geralmente movendo algum tipo de membros ou apêndices).
Magbots: animando-se com campos magnéticos.
Flagwavers são pessoas que mudam a posição de um sinal (ou "bandeira") em um intervalo definido.
Vire o seu e mova-se na direção de um objeto facilmente observável, como um flash de luz. (Na subcultura BEAM, estes são bastante comuns. Eles podem funcionar como robôs independentes, mas são mais comumente encontrados como componentes de máquinas maiores.
Vibradores: movimentam-se agitando-se com um pequeno motor pager e um peso fora do centro.
Os robôs que se movem deslizando suas partes do corpo ao longo de uma superfície enquanto mantêm contato com essa superfície são conhecidos como controles deslizantes.
Use um movimento de onda horizontal, como uma cobra.
O movimento de onda longitudinal é usado por minhocas.
Crawlers são robôs que podem se mover ao longo de trilhas ou rolando seus corpos com um acessório. O chassis do robô não arrasta pelo chão.
Todos os pregados usam seus braços e flagelos para realizar um rolo de corpo inteiro.
Os Inchworms são veículos que apenas movem o seu chassis, não toda a sua carroçaria, para a frente.
Robôs com rodas rastreadas, como os de um tanque.
Os robôs que usam uma decolagem e pouso vertical para se locomover são chamados de "jumpers"..
Vibrobots: fazem um barulho trêmulo enquanto se movem em um padrão aleatório através de uma superfície plana.
Springbots: Avança saltando para a frente em um caminho pré-determinado.
Os robôs que se locomovem rolando todo ou parte de seu corpo são conhecidos como rolos.
Symets: Alimentado por um único motor cujo eixo faz contato com o solo; A direção do movimento é determinada por qual dos vários pontos de contato simétricos ao redor do eixo está em contato com o solo.
Os Solarrollers são veículos monomotores, de uma ou duas rodas, alimentados por energia solar e otimizados para velocidade em uma distância plana e curta.
Dois motores alimentados por geradores independentes movidos a energia solar; dependência de sensores diferenciais para ação.
Para fazer as minibolas rolarem, você deve alterar seu centro de gravidade.
Robôs com pernas capazes de contato diferencial com o solo são chamados de andadores. Os andadores BEAM são tipicamente redes Nv não programadas que andam e reagem ao seu ambiente com base na resistência dos seus motores.
O movimento das pernas é alimentado por motores (normalmente 3 motores ou menos).
Os atuadores de perna são alimentados por fios musculares feitos de Nitinol (liga de níquel-titânio).
Aquabots ou herbívoros aquáticos são outro nome para os nadadores. Robôs em movimento de superfície e submersos para uso em ambientes líquidos (normalmente água).
Os bots que funcionam na superfície da água são chamados de "barcos".
Funcionando abaixo da superfície de um líquido, os subbots são capazes.
Os panfletos são robôs que podem voar por longos períodos de tempo.
Para o movimento de elevação e avanço em helicópteros, um único rotor motorizado é usado.
Os aviões podem criar sustentação com superfícies de asa estacionárias ou móveis.
Discos voadores: flutuar em um balão de flutuação neutra.
Os alpinistas são robôs que são capazes de escalar ou descer uma superfície vertical usando algum tipo de guia, normalmente uma corda ou arame.
O uso comercial de robôs autónomos está atualmente limitado a alguns produtos de nicho, como o aspirador robótico iRobot Roomba e alguns cortadores de relva autónomos. Mais comumente, o BEAM tem sido usado para a prototipagem rápida de sistemas de movimento e em ambientes educacionais e de hobby....
