Les chercheurs du MIT ont fait des pas significatifs vers la création de robots qui pourraient pratiquement et économiquement assembler presque n’importe quoi, y compris des choses beaucoup plus grandes qu’eux-mêmes, des véhicules aux bâtiments en passant par les robots plus gros.
Le nouveau travail, du Center for Bits and Atoms (CBA) du MIT, s’appuie sur des années de recherche, y compris des études récentes démontrant que des objets tels qu’une aile d’avion déformable et une voiture de course fonctionnelle pourraient être assemblés à partir de minuscules pièces légères identiques – et que robotique des dispositifs pourraient être construits pour effectuer une partie de ce travail d’assemblage. Maintenant, l’équipe a montré que les robots assembleurs et les composants de la structure en cours de construction peuvent tous être constitués des mêmes sous-unités, et que les robots peuvent se déplacer indépendamment en grand nombre pour réaliser rapidement des assemblages à grande échelle.
Le nouveau travail est rapporté dans la revue Ingénierie des communications naturellesdans un article rédigé par Amira Abdel-Rahman, étudiante au doctorat à l’ABC, Neil Gershenfeld, professeur et directeur de l’ABC, et trois autres personnes.
Un système d’assemblage de robots auto-répliquant entièrement autonome capable à la fois d’assembler des structures plus grandes, y compris des robots plus grands, et de planifier la meilleure séquence de construction est encore dans des années, dit Gershenfeld. Mais le nouveau travail fait des progrès importants vers cet objectif, y compris l’élaboration des tâches complexes de savoir quand construire plus de robots et leur taille, ainsi que la façon d’organiser des essaims de robots de différentes tailles pour construire une structure efficacement sans s’écraser. l’un l’autre.
Comme dans les expériences précédentes, le nouveau système implique de grandes structures utilisables construites à partir d’un réseau de minuscules sous-unités identiques appelées voxels (l’équivalent volumétrique d’un pixel 2D). Mais alors que les voxels antérieurs étaient des pièces structurelles purement mécaniques, l’équipe a maintenant développé des voxels complexes qui peuvent chacun transporter à la fois de l’énergie et des données d’une unité à l’autre. Cela pourrait permettre la construction de structures capables non seulement de supporter des charges, mais également d’effectuer des travaux, tels que soulever, déplacer et manipuler des matériaux, y compris les voxels eux-mêmes.
«Lorsque nous construisons ces structures, vous devez intégrer l’intelligence», déclare Gershenfeld. Alors que les versions antérieures des robots assembleurs étaient connectées par des faisceaux de fils à leur source d’alimentation et à leurs systèmes de contrôle, “ce qui a émergé était l’idée de l’électronique structurelle – de fabriquer des voxels qui transmettent de la puissance et des données ainsi que de la force”. En regardant le nouveau système en fonctionnement, il souligne : « Il n’y a pas de fils. Il n’y a que la structure.
Les robots eux-mêmes sont constitués d’une chaîne de plusieurs voxels joints bout à bout. Ceux-ci peuvent saisir un autre voxel à l’aide de points de fixation à une extrémité, puis se déplacer en forme de vers vers la position souhaitée, où le voxel peut être attaché à la structure en croissance et y être libéré.
Gershenfeld explique que si le système antérieur démontré par les membres de son groupe pouvait en principe construire des structures arbitrairement grandes, comme la taille de ces structures atteignait un certain point par rapport à la taille du robot assembleur, le processus deviendrait de plus en plus inefficace en raison de la des chemins toujours plus longs que chaque bot devrait parcourir pour amener chaque pièce à sa destination. À ce stade, avec le nouveau système, les robots pouvaient décider qu’il était temps de créer une version plus grande d’eux-mêmes qui pourrait atteindre de plus longues distances et réduire le temps de trajet. Une structure encore plus grande pourrait nécessiter une autre étape de ce type, les nouveaux robots plus grands en créant des robots encore plus grands, tandis que les parties d’une structure qui incluent de nombreux détails fins peuvent nécessiter davantage de robots plus petits.
Comme ces dispositifs robotiques travaillent sur l’assemblage de quelque chose, dit Abdel-Rahman, ils sont confrontés à des choix à chaque étape du processus : “Il pourrait construire une structure, ou il pourrait construire un autre robot de la même taille, ou il pourrait construire un robot plus grand. ” Une partie du travail sur lequel les chercheurs se sont concentrés est la création d’algorithmes pour une telle prise de décision.
“Par exemple, si vous voulez construire un cône ou une demi-sphère”, dit-elle, “comment commencez-vous la planification du chemin et comment divisez-vous cette forme” en différentes zones sur lesquelles différents robots peuvent travailler ? Le logiciel qu’ils ont développé permet à quelqu’un d’entrer une forme et d’obtenir une sortie qui montre où placer le premier bloc, et chacun après cela, en fonction des distances qui doivent être parcourues.
Il y a des milliers d’articles publiés sur la planification d’itinéraire pour les robots, dit Gershenfeld. “Mais l’étape suivante, où le robot doit prendre la décision de construire un autre robot ou un autre type de robot, c’est nouveau. Il n’y a vraiment rien d’antérieur là-dessus.
Alors que le système expérimental peut effectuer l’assemblage et inclut les liaisons d’alimentation et de données, dans les versions actuelles, les connecteurs entre les minuscules sous-unités ne sont pas assez solides pour supporter les charges nécessaires. L’équipe, comprenant l’étudiante diplômée Miana Smith, se concentre maintenant sur le développement de connecteurs plus solides. “Ces robots peuvent marcher et peuvent placer des pièces”, dit Gershenfeld, “mais nous sommes presque – mais pas tout à fait – au point où l’un de ces robots en fabrique un autre et il s’éloigne. Et cela dépend du réglage fin des choses, comme la force des actionneurs et la force des articulations. … Mais c’est assez loin pour que ce soient les parties qui y mèneront.
En fin de compte, de tels systèmes pourraient être utilisés pour construire une grande variété de grandes structures de grande valeur. Par exemple, actuellement, la façon dont les avions sont construits implique d’énormes usines avec des portiques beaucoup plus grands que les composants qu’ils construisent, puis “lorsque vous fabriquez un gros porteur, vous avez besoin de gros porteurs pour transporter les pièces du gros porteur pour le fabriquer”, Gershenfeld dit. Avec un système comme celui-ci construit à partir de minuscules composants assemblés par de minuscules robots, “l’assemblage final de l’avion est le seul assemblage”.
De même, dans la production d’une nouvelle voiture, “vous pouvez passer un an sur l’outillage” avant que la première voiture ne soit réellement construite, dit-il. Le nouveau système contournerait tout ce processus. Ces efficacités potentielles sont la raison pour laquelle Gershenfeld et ses étudiants ont travaillé en étroite collaboration avec des constructeurs automobiles, des compagnies aériennes et la NASA. Mais même l’industrie de la construction de bâtiments relativement peu technologique pourrait également en bénéficier.
Bien qu’il y ait eu un intérêt croissant pour les maisons imprimées en 3D, celles-ci nécessitent aujourd’hui des machines d’impression aussi grandes ou plus grandes que la maison en construction. Encore une fois, la possibilité que de telles structures soient plutôt assemblées par des essaims de minuscules robots pourrait offrir des avantages. Et l’Agence des projets de recherche avancée de défense s’intéresse également aux travaux sur la possibilité de construire des structures de protection côtière contre l’érosion et l’élévation du niveau de la mer.
Aaron Becker, professeur agrégé de génie électrique et informatique à l’Université de Houston, qui n’était pas associé à cette recherche, qualifie cet article de “coup de circuit – [offering] un système matériel innovant, une nouvelle façon de penser à la mise à l’échelle d’un essaim et des algorithmes rigoureux.
Becker ajoute : « Cet article examine un domaine critique des systèmes reconfigurables : comment faire évoluer rapidement une main-d’œuvre robotique et l’utiliser pour assembler efficacement des matériaux dans une structure souhaitée. … C’est le premier travail que j’ai vu qui attaque le problème d’un point de vue radicalement nouveau – en utilisant un ensemble brut de pièces de robot pour construire une suite de robots dont les tailles sont optimisées pour construire la structure souhaitée (et d’autres robots) aussi vite que possible.”
L’équipe de recherche comprenait également Benjamin Jenett, étudiant au MIT-CBA, et Christopher Cameron, qui travaille maintenant au laboratoire de recherche de l’armée américaine. Le travail a été soutenu par la NASA, le laboratoire de recherche de l’armée américaine et le financement des consortiums de l’ABC.
