Robot vs hewan: siapa yang memenangkan perlombaan di lingkungan alami?

ringkasan: Para peneliti telah menemukan apakah robot modern dapat mengungguli organisme biologis dalam hal kecepatan dan ketangkasan. Studi tersebut menyimpulkan bahwa meskipun terdapat kemajuan dalam bidang teknik, hewan masih mengungguli robot dalam efisiensi lokomotif di lingkungan alami.

Para peneliti menemukan bahwa integrasi komponen robot tidak mencapai proses tingkat sistem yang koheren seperti yang terjadi pada hewan. Visi ini mendorong pengembangan sistem robotik yang lebih terintegrasi dan mudah beradaptasi, yang terinspirasi oleh rancangan alam.

Fakta-fakta kunci:

1. Efisiensi robotik versus biologis: Studi ini menegaskan bahwa subsistem robotik individual seperti tenaga dan aktuasi dapat menyamai atau melampaui subsistem biologisnya, namun kinerja robot tidak sebaik hewan ketika sistem ini digabungkan.
2. Model biologis yang menginspirasi: Penelitian ini menyoroti bagaimana hewan, seperti laba-laba serigala dan kecoa, unggul dalam medan dan tugas yang kompleks karena sistem biologis mereka yang terintegrasi dan serbaguna.
3. Tren rekayasa masa depan: Temuan ini mendorong para insinyur untuk memikirkan kembali desain robot, dan menyerukan pendekatan yang lebih terintegrasi serupa dengan sistem biologis, di mana berbagai fungsi digabungkan dalam satu komponen.

sumber: Universitas Colorado

Mungkin pertanyaannya adalah kisah kura-kura dan kelinci versi abad ke-21: Siapa yang akan menang dalam lomba lari kaki antara robot dan binatang?

Dalam artikel perspektif baru, tim insinyur dari Amerika Serikat dan Kanada, termasuk ahli robot Kaushik Jayaram dari Universitas Colorado Boulder, berupaya menjawab misteri ini.

Kelompok tersebut menganalisis data dari lusinan penelitian dan sampai pada kesimpulan “tidak”. Di hampir semua kasus, makhluk biologis, seperti cheetah, kecoa, dan bahkan manusia, tampaknya mampu mengungguli makhluk robotik.

Para peneliti, yang dipimpin oleh Samuel Borden dari Universitas Washington dan Maxwell Donnellan dari Universitas Simon Fraser, mempublikasikan temuan mereka minggu lalu di jurnal. Robot ilmiah.

“Sebagai seorang insinyur, hal ini agak menjengkelkan,” kata Jayaram, asisten profesor di Departemen Teknik Mesin Paul M. Rady di Universitas Colorado Boulder. “Selama 200 tahun rekayasa ekstensif, kita telah mampu mengirim pesawat ruang angkasa ke Bulan, Mars, dan banyak lagi. Namun yang membingungkan adalah kita belum memiliki robot yang lebih baik dalam bergerak di lingkungan alami dibandingkan sistem biologis.”

Ia berharap penelitian ini akan menginspirasi para insinyur untuk mempelajari cara membuat robot yang lebih cerdas dan mudah beradaptasi. Para peneliti menyimpulkan bahwa kegagalan robot untuk mengungguli hewan bukan disebabkan oleh kekurangan pada mesin apa pun, seperti baterai atau motor. Sebaliknya, para insinyur mungkin kesulitan untuk membuat bagian-bagian ini bekerja sama secara efisien.

Pengejaran ini adalah salah satu passion utama Jayaram. Laboratoriumnya di kampus CU Boulder adalah rumah bagi banyak hewan melata yang menyeramkan, termasuk beberapa laba-laba serigala berbulu berukuran setengah dolar.

“Laba-laba serigala adalah pemburu alami,” kata Jayaram. “Mereka hidup di bawah bebatuan dan dapat berlari melintasi medan yang rumit dengan kecepatan luar biasa untuk menangkap mangsa.”

Dia membayangkan sebuah dunia di mana para insinyur membuat robot yang bertindak lebih seperti laba-laba yang tidak biasa ini.

“Hewan-hewan, pada tingkat tertentu, merupakan perwujudan dari prinsip desain utama ini, sebuah sistem yang bekerja sama dengan baik,” katanya.

Energi kecoa

Pertanyaan “Siapa yang bisa berlari lebih baik, hewan atau robot?” Rumit karena pengoperasiannya sendiri yang rumit.

Dalam penelitian sebelumnya, Jayaram dan rekan-rekannya di Universitas Harvard merancang sekelompok robot yang berupaya meniru perilaku permusuhan kecoa. Model HAMR-Jr milik tim ini dimasukkan ke dalam koin dan berjalan dengan kecepatan yang setara dengan kecepatan cheetah. Namun, kata Jayaram, meski HAMR-Jr bisa bergerak maju dan mundur, ia tidak bisa bergerak dengan baik di medan yang berat.

Sebaliknya, kecoa yang sederhana tidak mempunyai masalah berjalan melintasi permukaan mulai dari porselen hingga tanah dan kerikil. Mereka juga dapat merobohkan tembok dan menerobos celah-celah kecil.

Untuk memahami mengapa keragaman ini merupakan tantangan bagi robotika, penulis studi baru membagi mesin ini menjadi lima subsistem termasuk daya, rangka, aktuasi, penginderaan, dan kontrol. Yang mengejutkan kelompok tersebut, beberapa subsistem ini tampaknya tidak mampu menandingi subsistem hewan.

Misalnya, baterai lithium-ion berkualitas tinggi dapat menyediakan energi hingga 10 kilowatt untuk setiap kilogram (2,2 pon) beratnya. Sebaliknya, jaringan hewan menghasilkan sekitar sepersepuluh dari jumlah tersebut. Sementara itu, otot tidak bisa menyamai torsi absolut banyak mesin.

“Tapi secara sistem, robotnya kurang bagus,” kata Jayaram. “Kita menghadapi trade-off desain yang melekat. Jika kita mencoba meningkatkan satu hal, seperti kecepatan maju, kita mungkin kehilangan hal lain, seperti kemampuan berbelok.

Indra laba-laba

Jadi bagaimana para insinyur dapat membuat robot yang, seperti halnya binatang, lebih dari sekedar gabungan bagian-bagiannya?

Jayaram mencatat bahwa hewan tidak dibagi menjadi subsistem terpisah seperti robot. Misalnya, paha depan Anda menggerakkan kaki Anda seperti motor HAMR-Jr mendorong anggota tubuh Anda. Namun otot paha depan juga menghasilkan kekuatannya sendiri dengan memecah lemak dan gula serta mengintegrasikan sel-sel saraf yang dapat merasakan rasa sakit dan tekanan.

Jayaram berpendapat masa depan robotika mungkin terbatas pada “subunit fungsional” yang melakukan hal yang sama: Daripada memisahkan pasokan listrik dari motor dan papan sirkuit, mengapa tidak mengintegrasikan semuanya menjadi satu bagian?

Dalam sebuah makalah tahun 2015, ilmuwan komputer Nicholas Curiel, yang tidak terlibat dalam penelitian ini, mengusulkan “bahan robotik” teoretis yang akan bertindak lebih seperti segi empat.

Insinyur masih jauh dari mencapai tujuan ini. Beberapa diantaranya, seperti Jayaram, mengambil langkah ke arah ini, seperti Articulated Arthropod Insect Robot (CLARI) yang dibuat di laboratoriumnya, sebuah robot berkaki banyak yang bergerak agak mirip laba-laba.

Jayaram menjelaskan bahwa CLARI didasarkan pada desain modular, dengan masing-masing kakinya bertindak seperti robot mandiri dengan motor, sensor, dan sirkuit kontrolnya sendiri. Versi baru dan lebih baik dari tim ini, yang disebut mCLARI, dapat bergerak ke segala arah dalam ruang sempit, yang merupakan yang pertama bagi robot berkaki empat.

Ada hal lain yang dapat dipelajari oleh para insinyur seperti Jayaram dari para pemburu klasik, laba-laba serigala.

“Alam adalah guru yang sangat membantu.”

Tentang berita penelitian robotika dan neuroteknologi

pengarang: Daniel Saring
sumber: Universitas Colorado
komunikasi: Daniel Strain – Universitas Colorado
gambar: Gambar dikreditkan ke Berita Neuroscience

Pencarian asli: Akses terbuka.
“Mengapa hewan bisa mengungguli robot?“Oleh Kaushik Jayaram dkk. Robot ilmiah

ringkasan

Mengapa hewan bisa mengungguli robot?

Hewan jauh lebih baik dalam berlari dibandingkan robot. Perbedaan performa muncul pada dimensi penting kelincahan, jangkauan, dan daya tahan.

Untuk memahami alasan di balik kesenjangan kinerja ini, kami membandingkan teknologi alami dan buatan dalam lima subsistem operasi penting: daya, rangka, aktuasi, penginderaan, dan kontrol.

Dengan sedikit pengecualian, teknologi rekayasa memenuhi atau melampaui kinerja teknologi biologis.

Kami menyimpulkan bahwa keunggulan biologi dibandingkan teknik muncul dari integrasi subsistem yang lebih baik, dan kami mengidentifikasi empat rintangan utama yang harus diatasi oleh para robotika.

Untuk mencapai tujuan ini, kami menyoroti arah penelitian menjanjikan yang memiliki potensi luar biasa untuk membantu robot masa depan mencapai kinerja tingkat hewan.