Plantoid

Plantoid to robot lub syntetyczny organizm zaprojektowany tak , aby wyglądać, działać i rosnąć jak roślina. Koncepcja została po raz pierwszy opublikowana naukowo w 2010 roku (chociaż modele porównywalnych systemów sterowanych sieciami neuronowymi pochodzą z 2003 roku) i jak dotąd pozostaje w dużej mierze teoretyczna. Plantoidy naśladują rośliny poprzez wygląd, naśladowanie zachowań i procesów wewnętrznych (które służą utrzymaniu rośliny przy życiu lub zapewnieniu jej przetrwania). Prototyp dla Komisji Europejskiej jest obecnie opracowywany przez konsorcjum następujących naukowców: Dario Floreano , Barbara Mazzolai, Josep Samitier, Stefano Mancuso .

Plantoid ma z natury rozproszoną architekturę składającą się z autonomicznych i wyspecjalizowanych modułów. Moduły można modelować na częściach roślin, takich jak czapka korzeniowa , i komunikować się, tworząc prostą inteligencję roju . Tego rodzaju system może wykazywać dużą wytrzymałość i odporność. Przypuszcza się, że jest w stanie pozyskiwać energię i zarządzać nią, zwiększać zbiorową świadomość ekologiczną i wiele innych funkcji.

W science fiction , podczas gdy roboty podobne do ludzi ( androidy ) są dość częste, a biomorficzne roboty podobne do zwierząt pojawiają się od czasu do czasu, plantoidy są dość rzadkie. Wyjątki dotyczą powieści Hearts, Hands and Voices (1992, USA: The Broken Land ) Iana McDonalda oraz serialu telewizyjnego Jikuu Senshi Spielban .

Systemy i procesy

Podobnie jak rośliny, plantoidy ustawiają swoje korzenie i przydatki (wystające części plantoidu) w kierunku korzystnych warunków stymulujących wzrost (tj. światła słonecznego, idealnych temperatur, obszarów o większym stężeniu wody) i z dala od czynników utrudniających wzrost. Dzieje się to poprzez połączenie informacji z czujników i odpowiedniej reakcji plantoidu.

Czujniki

Zastosowanie miękkich czujników taktycznych (urządzeń, które zbierają informacje na podstawie otaczającego środowiska fizycznego) pozwala plantoidowi poruszać się po otoczeniu. Czujniki te przekazują informacje do plantoidu i wytwarzają sygnały podobne do tego, w jaki komputer może pobierać informacje z klawiatury za pomocą danych wejściowych. Czujniki te skanują w poszukiwaniu przeszkód lub interesujących obiektów (tj. źródeł wody) przy korzeniach robota, a programowanie plantoidu określa, czy obiekt zainteresowania jest korzystny, czy nie. Dzięki tym nowym informacjom plantoid wysyła sygnały do ​​innych ruchomych części robota, aby odpowiednio zareagowały, zachowując się podobnie do tego, w jaki korzenie przekazują informacje prawdziwym roślinom. Ponieważ plantoidy nie mają centralnej jednostki przetwarzającej, czujniki działają jak indywidualne centra dowodzenia, przekazując wskazówki pobliskim jednostkom korzeniowym, z którymi mogą wchodzić w interakcję. Może to skutkować tym, że wiele czujników będzie zbierać te same informacje, a wiele jednostek głównych będzie się poruszać jako całość.

Ruch

Czujniki są przymocowane do pseudokorzeń plantoidu i wspomagają ruch w oparciu o sprzężenie zwrotne, działając jak korzenie roślin. Dzięki sygnałowi z czujników plantoidu struktury te mogą przemieszczać się w kierunku obiektów zainteresowania lub od nich, umożliwiając elastyczność tych korzeni w glebie. Osiąga się to dzięki architekturze korzenia, która wykorzystuje sprężyny i silniki, aby umożliwić robotowi kontrolę nad ruchami korzeni. Silniki pełnią rolę głównego układu sterującego korzeniem, pobierają informacje i uruchamiają (działają) w określonym kierunku. Sprężyny zapewniają większą elastyczność po przymocowaniu do silników, tworząc konstrukcję, która może poruszać się w niemal dowolnym kierunku. Opracowywane są dodatkowe formy ruchów plantoidów, skupiające się na ruchu korzeni i bardziej na ruchu plantoidów. W ramach projektu GrowBot 2015 prowadzonego przez Barbarę Mazzolai w Istitudo Italiano di Technologia opracowywana jest forma transportu plantoidów, która naśladuje funkcje wąsów (struktur wzdłuż łodygi rośliny, które przyczepiają się do struktur w środowisku w celu wsparcia lub ruchu), umożliwienie plantoidom zmiany lokalizacji według własnego uznania (ze względu na składniki odżywcze lub do celów badawczych). Sztuczne wąsy na tej plantoidzie mają rurkę biegnącą przez warstwy tkaniny, przez którą przepływają jony zmieszane z wodą. Jeśli przez rurkę przepłynie ładunek elektryczny, woda zacznie płynąć, gdy jony przyczepią się do tkaniny, a wąs zacznie się zwijać. Rozwój wąsów u plantoidów zapewnia większą mobilność w nieznanym lub trudnym środowisku.

Algorytmy

Plantoidy są programowane za pomocą określonych algorytmów dla różnych funkcji, począwszy od ruchu korzeni po wszechstronność czujników. Mechaniczne kończyny plantoida działają wyłącznie w oparciu o algorytmy i kodowanie, umożliwiając poszczególnym częściom reagowanie na otoczenie plantoida. Algorytmy w czujnikach roślin pozwolą czujnikom pobierać informacje o zasobach dostępnych w okolicy i reagować poprzez odpowiednie poruszanie końcami plantoidów. Projekty skupiają się na algorytmach korzeni i zmianie interfejsu, aby w reakcji mogło wystąpić więcej interakcji między korzeniami a resztą plantoidu. Obecnie trwają prace nad innymi algorytmami dla innych przydatków, takich jak pochłanianie materiałów przez ciało plantoida.

Wykorzystanie

Plantoidy oferują ludziom wszechstronność poprzez gromadzenie danych i ich zdolność dostosowywania się do środowiska.

Monitorowanie

Niektóre eksperymenty z plantoidami wykazały zainteresowanie badaniem jakości gleby ze względu na ich zdolność do autonomicznego działania i wykorzystywania czujników pod ziemią. Ich autonomiczny charakter umożliwia badaczom śledzenie wzorców gleby, obszarów o niskim poziomie wody lub zasobów naturalnych oraz zanieczyszczeń w glebie przez pewien okres czasu. Monitorowanie gleby za pomocą plantoidów ma przewagę nad obecnymi metodami śledzenia stanu gleby, które nie są tak zaawansowane technologicznie.

Badanie

Autonomiczny charakter plantoida pozwala mu badać trudne środowiska (ekstremalnie zimne lub ciepłe siedliska), o których badacze mają problemy ze zbieraniem danych. Elastyczność i programowanie plantoidu zapewnia mu możliwość dostosowania się do wielu środowisk i może być używany do eksploracji kosmosu w środowiskach jeszcze nieodkrytych.

Badania

W dziedzinie biorobotyki zachowanie korzeni plantoidu zapewnia naukowcom wiedzę na temat funkcjonowania roślin jako jednostki oraz tego, jak poszczególne jednostki kierują funkcją narządów. Udoskonalanie projektów i badanie zachowania roślin może prowadzić do powstania innych form biorobotyki, które wdrażają to samo zachowanie. Te nowe technologie mogłyby wykorzystywać wiele źródeł informacji i reagować na nie w zależności od sposobu ich oznaczenia.

Prototypy/Projekty

Od czasu ich konceptualizacji w ramach wielu projektów zbadano i udoskonalono projekt i technologię plantoidów.

Projekt STREP

Projekt STREP Plantoid (od 1 maja 2012 r. do 30 kwietnia 2015 r.) był wczesnym projektem, w ramach którego poczyniono postępy w projektowaniu i zrozumieniu sposobu funkcjonowania rośliny. Jego celem było zbadanie zachowania korzeni roślin i stworzenie technologii imitującej efektywność funkcji korzeni. W ramach tego projektu opublikowano wiedzę na temat korzeni roślin i ich zachowania wobec bodźców i pozytywnych czynników w środowisku, a komunikację między różnymi częściami systemu odtworzono za pomocą technologii (czapki korzeniowe i czujniki przekazujące informacje do plantoidów). . W ramach tego projektu uzyskano dane na temat technologii wykorzystywanej przez czujniki, które można było ulepszyć w późniejszych projektach, ponieważ czujniki korzeniowe mogły wykrywać więcej otaczających je czynników środowiskowych. Zbadano lokalną komunikację korzeni z innymi częściami plantoidów, aby poznać ścieżki i projekty, które najlepiej imitują te linie komunikacji.

Projekt GrowBota

Projekt GrowBot (2015) to prototyp plantoida wyposażonego w sztuczne wąsy, zapewniającego mobilność poprzez chwytanie zewnętrznych powierzchni. Projekt ten skupiał się na plantoidzie poruszającym się w kierunku bodźców i nawigowaniu w nieznanym środowisku za pomocą wąsów, mając nadzieję na rozwinięcie technologii tak, aby mógł poruszać się wbrew grawitacji. Projekt GrowBot wykazał zdolność plantoidów do pozycjonowania się nie tylko pod kątem swoich korzeni, ale całego robota po wykryciu bodźców.

Projekt Plantoid

W projekcie Plantoid (2016) położono nacisk na elastyczność korzeni poprzez zastosowanie sprężyn i czujników przekazujących informacje zwrotne w przypadku interakcji z gradientami składników odżywczych lub przeszkodami. Projekt ten czerpał inspirację z roślin i zdolności korzeni do pokonywania wszelkich przeszkód, jakie stwarzało środowisko. W tym prototypie odtworzono sprzężenie zwrotne i reakcję korzeni, a konkretnie sposób poruszania się korzenia w zależności od obiektów wychwytywanych przez czujnik. Sprężyny zastosowane w korzeniach zapewniły większy stopień swobody w porównaniu z poprzednimi modelami plantoidów, a silniki połączono z algorytmami, aby skutecznie reagować na sprzężenie zwrotne otrzymywane przez plantoidy. Rozwojowi tych czujników towarzyszył rozwój algorytmów, które nadawały wartość przedmiotom wokół korzeni plantoida (dodatnią lub ujemną) i prowadziły do ​​reakcji w oparciu o to, czy obiekt został uznany za pozytywny, czy nie (korzenie przesuwają się w stronę lub oddalają).

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Źródło: „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Plantoid&oldid=1136215070 ”