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聪明的“乔伊”机器人可能很快就会涌进地下,清理和检查我们的管道

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2023年1月6日



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乔伊的设计。图片来源:TL Nguyen, A Blight, A Pickering, A Barber, GH Jackson-Mills, JH Boyle, R Richardson, M Dogar, N Cohen

作者:Mischa Dijkstra,前沿科学作家

利兹大学的研究人员开发出了第一个名为Joey的迷你机器人,它可以通过地下狭窄的管道网络独立寻找出路,检查任何损坏或泄漏。乔伊生产成本低,智能,体积小,重量轻,可以在倾斜的管道中移动,也可以在管道底部光滑或泥泞的沉积物上移动。未来版本的“Joey”将会成群行动,它们的移动底座是一个更大的“妈妈”机器人Kanga,它将配备手臂和工具来维修管道。

在我们的街道下面有一个迷宫管道水管,污水和汽油。定期检查这些管道泄漏或修理,通常需要把这些东西挖出来。后者不仅麻烦且昂贵(仅在英国每年的成本估计就高达55亿英镑),还会扰乱交通,对附近居民造成滋扰,更不用说对环境的破坏了。

现在想象一下,一个机器人可以在最狭窄的管网中找到出路,并将损坏或障碍物的图像传递给人类操作员。一项研究表明,这不再是一个白日梦机器人和人工智能前沿由利兹大学188金宝搏滚球app的一组研究人员发现。

利兹大学教授、该研究的最终作者内塔·科恩博士说:“在这里,我们展示了乔伊——一种新的微型机器人——并表明乔伊可以完全自主探索真实的管网,甚至不需要相机来导航。”

乔伊是第一个能够自己穿过直径只有7.5厘米的管道迷宫的人。重量只有70克,小到可以放在手掌里。

Pipebots项目

目前的工作是“Pipebots谢菲尔德、布里斯托尔、伯明翰和利兹大学的项目,与英国公用事业公司和其他国际学术和工业伙伴合作。

第一作者,利兹大学博士后科学家Thanh Luan Nguyen博士开发了Joey的控制算法(或“大脑”),他说:“地下水和下水道网络是最不友好的环境之一,不仅对人类,对机器人也是如此。卫星导航在地下无法使用。乔伊很小,所以必须使用非常简单的马达、传感器和占用很少空间的电脑,而小电池必须能够工作足够长的时间。”

乔伊靠3d打印的“轮腿”移动,可以在直线路段上滚动,还能越过小障碍。它配备了一系列节能传感器,可以测量它到墙壁、路口和角落的距离,还有导航工具麦克风以及一台摄像机和“射灯”,用来拍摄管网中的故障并保存图像。原型机的生产成本仅为300英镑。

泥和滑斜坡

研究团队188金宝搏滚球app证明,Joey能够在没有操作员的任何指令下,通过一个实验性的管道网络,包括一个t型路口、一个左右角、一个死胡同、一个障碍和三个直段。平均来说,乔伊在45秒内就能探索大约一米长的管网。

为了使机器人的生活更加困难,研究人员验证了机器人可以轻松地上下移动具有真实斜坡的倾斜管道。为了测试乔伊在泥泞中穿行的能力湿滑的他们还在管道中加入了沙子和粘性凝胶(实际上是洗洁精),再次成功。

重要的是,这些传感器足以让乔伊在不需要打开摄像头或使用耗电的计算机视觉的情况下导航。这样可以节省能源,延长乔伊的电池寿命。每当电池电量不足时,Joey就会回到它的起点,以电量“补给”。

目前,乔伊有一个弱点:如果他们不小心转过身来,就像一只倒立的乌龟一样,他们就无法恢复正常。作者认为,下一个原型机将能够克服这一挑战。乔伊的后代也应该如此防水在完全充满液体的管道中进行水下操作。

乔伊的未来是合作的

Pipebots的科学家们的目标是在一个名为Kanga的更大的“妈妈”机器人的基础上,开发出一群能够交流和工作的joey。目前,由利兹计算学院的一些作者正在开发和测试的Kanga,将配备更复杂的传感器和修复工具,如机器人手臂,并携带多个乔伊。

科恩说:“最终,我们希望设计一个系统,可以检查和绘制广泛的管网状况,随着时间的推移监测管道,甚至执行一些维护和维修任务。”

“我们设想这项技术可以扩大规模和多样化,创造一个多物种机器人的生态系统,在地下合作。在这种情况下,一组乔伊将由更大的机器人部署,这些机器人拥有更大的动力和能力,但只能使用更大的管道。应对这一挑战将需要10到20年的时间进行更多的研究、开发和测试。它可能在2040年或2050年左右开始发挥作用。”

上半部分:穿过管网中的t型路口。下半部分:遇到障碍物,折返。图片来源:TL Nguyen, A Blight, A Pickering, A Barber, GH Jackson-Mills, JH Boyle, R Richardson, M Dogar, N Cohen

上半部分:在沙子、滑溜的粘性物或泥浆中移动。下半部分:以一定角度通过倾斜的管道。图片来源:TL Nguyen, A Blight, A Pickering, A Barber, GH Jackson-Mills, JH Boyle, R Richardson, M Dogar, N Cohen



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