マサチューセッツ工科大学の研究者たちは、自律型ロボット船団を開発しました。これらの船は、浮遊構造物を組み立て、最小限の人為的介入で再構成することができます。各21センチ四方のロボットには、それぞれ独自の推進器、センサー、磁気フックロックが装備されており、全体の船団が積み木のように水面上で接続できるようになっています。このFloatFormと呼ばれるモジュール式システムは、再構成可能な浮遊プラットフォームを作成し、変化するニーズや環境に迅速に適応することができます。研究者たちは、この技術が緊急対応作業、仮設橋、浮遊市場、イベントステージ、さらには河川、運河、湖、沿岸地域でのオンデマンドインフラをサポートできると述べています。
FloatFormシステムは効率的な自律組み立てを実現
FloatFormは、分散型の群体ロボットシステムであり、小型自律船が自ら組み立ててより大きな浮遊構造物を形成し、最小限の人為的介入で再構成できるようにします。このシステムは、洪水時に浮遊筏を形成するアリの行動に触発されており、各ロボットが中央コンピュータからの継続的な指示に依存せずにローカルな意思決定を行えるようにしています。ほとんどの自律組み立てロボットシステムが中央コントローラーに依存して各動作を調整するのに対し、FloatFormは知能を船団全体に分散させています。軽量の中央プランナーが各ロボットに目標構造内での最終位置を割り当て、ロボットは独立してナビゲーション、衝突回避、調整を行い、近くのロボットと位置情報を交換することで実現します。
この分散型のアプローチにより、すべてのロボットが同時に移動できるようになり、計算負荷がロボットの総数ではなくローカルな相互作用に依存するため、スケーラビリティが大幅に向上します。プロトタイプは21センチ四方のロボット船で構成され、X字型に配置された4つの全方向推進器を備えており、任意の方向に移動し、原地で回転することができます。各船はまた、センサー、処理ハードウェア、革新的な磁気フックロック機構を搭載しており、近くのロボットとの自律的な接続と分離を実現します。このフックロックシステムは、折り紙に触発された拡張構造に基づいており、サーボモーターによって駆動され、ロボットの四方に配置された永久磁石を押し出したり引き戻したりすることで、隣接する船が10〜15センチの隙間で接続できるようにします。
交互の磁極が格子構造への信頼性のある整列を保証します。
未来の応用の可能性は広がる
3Dプリントされたギアボックスは、フックロックを結合または分離位置にロックし、電力を消費せず、フックロックと解除の過程でのみエネルギーを必要とします。この省エネ設計は、推進と船上計算のバッテリー容量を保持します。エンジニアたちは開発過程でいくつかの安定性の課題にも対処しました。強力な推進器は、当初ロボットの低質量により過度に回転することがあったため、研究者たちは安定フィンを追加し、水中抵抗を増加させ、各ロボット間の差異を補償するために制御アルゴリズムを調整しました。チームはまた、強い磁力による問題を解決し、ロボットが指示されたときに信頼性を持って分離できるようにしました。
実験室でのテストでは、4隻および8隻のロボットが自動的に目標構造に組み立てられ、接続を解除した後に新しい形状に再組み立てられ、単一の剛性船として集団運動を行いました。各デモには4〜8分かかりました。10回の試験で、システムは4隻のロボットで90％の自律成功率を達成し、8隻のロボットで70％の成功率を達成し、人為的な支援なしでナビゲーションエラーや形状のデッドロックから回復できました。コンピュータシミュレーションはさらに、この分散型の調整フレームワークが少なくとも64隻のロボットの船団に拡張できることを証明しました。
研究者たちは、将来のバージョンが運河、河川、港、沿岸水域で運用されることを見込んでおり、大型のロボットが仮設橋、浮遊作業プラットフォーム、緊急対応インフラ、環境監視ネットワーク、または適応型の停泊所を作成できるとしています。「計算負荷をロボット自身に移すことで、彼らはより弾力性のあるシステムを構築し、将来的には同様のロボット群が開放水域での探索作業、環境監視、再構成可能な海洋インフラを行うことができるようになります。」とミシガン大学の助教授スティーブン・セロン（Steven Ceron）は声明で述べています。
将来の展開には、より強力なフックロック機構やGPSや視覚ベースのナビゲーションなどの屋外位置決定システムが必要ですが、基本的な調整アルゴリズムは使用されるセンサー技術に依存せずに機能するように設計されています。