BEAM 로봇 공학 (Biology, Electronics, Aesthetics and Mechanics)은 주로 단순한 디자인을 만들기 위해 마이크로 프로세서 대신에 비교기와 같은 간단한 아날로그 회로를 주로 사용하는 로봇 스타일입니다. 마이크로 프로세서 기반 로봇처럼 유연하지는 않지만 BEAM 로봇은 설계된 작업을 수행하는 데 강력하고 효율적일 수 있습니다.
빔 로봇은 작업 환경에 대한 로봇의 반응을 촉진하기 위해 생물학적 뉴런을 모방 한 아날로그 회로 세트를 사용할 수 있습니다.
메커니즘과 원리
기본 BEAM 원리는 기계 내에서 자극 – 반응 기반 기능에 초점을 둡니다. 기본 메커니즘은 Mark W. Tilden에 의해 회로 (또는 Nv 뉴런의 Nv 네트)가 생물학적 뉴런 행동을 시뮬레이트하는 데 사용되는 곳에서 고안되었습니다. 유사한 연구는 이전에 Ed Rietman이 ‘인공 신경망 실험’에서 수행했습니다. Tilden의 회로는 종종 시프트 레지스터와 비교되지만 모바일 로봇에서 유용한 회로로 사용되는 몇 가지 중요한 기능이 있습니다.
포함 된 기타 규칙 (적용되는 정도는 다양 함) :
가능한 가장 적은 수의 전자 요소를 사용하십시오 ( “간단하게”유지하십시오).
technoscrap 재활용 및 재사용
복사 에너지 (예 : 태양열) 사용
소규모 태양 전지 어레이에서 태양 광을 사용하여 광범위한 조명 조건에서 작동 할 수있는 자율 로봇을 만드는 “태양 엔진”에 전력을 공급하기 위해 설계된 수많은 BEAM 로봇이 있습니다. Tilden의 “Nervous Networks”의 단순한 계산 계층 외에도 BEAM은 로보 티스트의 도구 상자에 많은 유용한 도구를 제공합니다. “Solar Engine”회로, 소형 모터 제어, 촉각 센서 설계 및 메소 스케일 (손바닥 크기) 로봇 제작 기술을위한 많은 H- 브리지 회로가 문서화되어 BEAM 커뮤니티에서 공유됩니다.
빔 로봇
BEAM 로봇 공학자들은 Rodney Brooks의 작업에서 영감을 얻은 것처럼 “반응 기반”행동에 중점을 두어 생물학적 인 생물체의 특성과 행동을 모방하여 궁극적 인 목표 인 “야생”로봇을 가정하려고합니다. 빔 로봇의 미학은 원하는 기능을 구현하는 동안 제작자가 만드는 특정 디자인 선택에 따라 변조 된 “기능을 따르는 형식”원칙에서 파생됩니다.
이름의 분쟁
BEAM이 실제로 무엇을 의미하는지에 대해 다양한 사람들이 다양한 아이디어를 가지고 있습니다. 가장 널리 받아 들여지는 의미는 생물학, 전자 공학, 미학과 역학입니다.
이 용어는 1990 년 온타리오 과학 센터 토론에서 마크 틸든 (Mark Tilden)과 함께 시작되었습니다. 마크는 워털루 대학교에서 일하면서 만든 자신의 원래 봇을 선별하여 표시했습니다.
그러나 다음과 같이 많이 사용되는 반 인기있는 이름이 있습니다.
생명 공학 유토류 유추
건물 진화 무정부 상태의 모듈화
마이크로 컨트롤러
마이크로 컨트롤러에 의해 제어되는 많은 다른 유형의 로봇과 달리, BEAM 로봇은 신호 컨디셔닝이 거의없는 센서 시스템에 직접 연결된 여러 가지 간단한 동작을 사용하는 원칙에 기반합니다. 이 디자인 철학은 고전 서적 “Vehicles : Synthetic Psychology의 실험”에 밀접하게 반영되어 있습니다. 일련의 사고 실험을 통해이 책은 액추에이터에 대한 단순한 억제 및 이설 센서 링크를 통해 복잡한 로봇 동작의 개발을 탐구합니다. 마이크로 컨트롤러와 컴퓨터 프로그래밍은 일반적으로 매우 낮은 수준의 하드웨어 중심 디자인 철학으로 인해 전통적인 (일명 순수한) BEAM 로봇의 일부가 아닙니다.
두 가지 기술을 결합한 성공적인 로봇 설계가 있습니다. 이러한 “하이브리드”는 “horse-and-rider”토폴로지 BEAMbot (예 : ScoutWalker 3)과 같은 동적 프로그래밍의 유연성이 추가 된 강력한 제어 시스템에 대한 필요성을 충족시킵니다. ‘말’행동은 전통적인 BEAM 기술로 구현되지만 ‘라이더’를 기반으로 한 마이크로 컨트롤러는 ‘라이더’의 목표를 달성 할 수 있도록 행동을 유도 할 수 있습니다.
유형
특정 목표를 달성하기 위해 시도하는 다양한 “트로프”BEAMBot가 있습니다. 시리즈 중, 광 요법이 가장 보편적인데, 빛을 찾는 것이 태양열 구동 로봇의 가장 유익한 행동 일 것입니다.
Audiotropes는 음원에 반응합니다.
오디오 애호가는 음원을 향해 나아 간다.
오디오 포브는 음원에서 멀어집니다.
Phototropes ( “light-seekers”)는 광원에 반응합니다.
Photophiles (또한 Photovores) 광원쪽으로 이동합니다.
Photophobes는 광원에서 멀리 이동합니다.
방사선 동위 원소는 무선 주파수 소스에 반응합니다.
라디오 파는 RF 소스쪽으로 간다.
Radiophobes는 RF 소스로부터 멀어집니다.
Thermotropes는 열원에 반응합니다.
열 염기는 열원쪽으로 이동합니다.
열병렬은 열원에서 사라집니다.
일반
BEAMbots에는 다양한 움직임과 위치 지정 메커니즘이 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
젖꼭지 : 물리적으로 수동적 인 목적의 로봇을 움직입니다.
Beacon : 다른 BEAMbot이 사용할 신호 (일반적으로 내비게이션 블립)를 전송합니다.
Pummers : “light show”를 표시하십시오.
장신구 : 비컨이나 펑머가 아닌 시터를위한 모든 이름.
Squirmers : 재미있는 행동을 수행하는 고정식 로봇 (대개 어떤 종류의 팔다리 또는 부속기를 움직임으로써).
Magbots : 자신의 애니메이션 모드에 자기장을 사용합니다.
Flagwavers : 특정 주파수에서 디스플레이 (또는 “깃발”)를 움직입니다.
헤드 : 빛과 같은 감지 할 수있는 현상을 피벗하고 따르십시오 (BEAM 커뮤니티에서 널리 사용되는이 로봇은 독립형 로봇 일 수 있지만 더 큰 로봇에 통합되는 경우가 많습니다).
바이브레이터 : 중심에서 벗어난 작은 페이저 모터를 사용하여 몸을 흔들어보십시오.
슬라이더 (Sliders) : 신체와 슬라이딩하여 움직이는 로봇.
뱀 : 수평 웨이브 모션을 사용하여 이동합니다.
지렁이 : 세로파 운동을 사용하여 이동하십시오.
Crawlers (크롤러) : 트랙을 사용하거나 로봇의 몸을 굴림으로 움직이는 로봇입니다. 로봇의 몸체가 땅에 끌리지 않습니다.
Turbots : 팔이나 호두를 사용하여 몸 전체를 굴립니다.
Inchworms : 섀시의 나머지 부분이 바닥에있는 동안 몸의 일부를 앞쪽으로 옮깁니다.
추적 로봇 : 탱크와 같이 추적 된 바퀴를 사용하십시오.
점퍼 (Jumpers) : 이동 수단으로 바닥에서 스스로를 내쫓는 로봇.
Vibrobots : 표면 주위로 움직이는 불규칙한 떨림을 일으 킵니다.
Springbots : 특정 특정 방향으로 수신 거부하여 앞으로 이동합니다.
롤러 : 몸 전체 또는 일부를 굴러 움직이는 로봇.
Symets : 샤프트가지면에 닿아있는 단일 모터를 사용하여 구동되며 샤프트 주변의 여러 대칭 접점 중 어느 것이지면에 닿아 있는지에 따라 다른 방향으로 이동합니다.
Solarrollers : 하나 이상의 바퀴를 구동하는 단일 모터를 사용하는 태양열 자동차; 최단 시간 내에 상당히 짧고 직선이며 평평한 과정을 수료하기 위해 종종 고안되었습니다.
포퍼 (Poppers) : 별도의 태양열 엔진이있는 두 개의 모터를 사용하십시오. 차동 센서를 사용하여 목표를 달성하십시오.
미니 볼 (Miniballs) : 질량 중심을 이동시켜 구형 체가 굴러 짐.
워커 (Walkers) : 차동 접지 접촉으로 다리를 사용하여 움직이는 로봇.
모터 구동 : 모터를 사용하여 다리를 움직입니다 (일반적으로 3 개 이하의 모터).
근육 전선 : 다리 액추에이터에 Nitinol (니켈 – 티타늄 합금) 와이어를 사용하십시오.
스위 머 (Swimmers) : 액체 (일반적으로 물)의 표면 위나 아래로 움직이는 로봇.
보트 봇 : 액체 표면에서 작동합니다.
하위 봇 : 액체 표면에서 작동하십시오.
Fliers : 지속되는 기간 동안 공기를 통해 움직이는 로봇.
헬리콥터 : 파워 로터를 사용하여 리프트 및 추진력을 제공하십시오.
비행기 : 고정식 날개 또는 날개가있는 날개를 사용하여 들어 올림을 생성하십시오.
Blimps : 중립적으로 뜨는 풍선을 들어 올립니다.
클라이머 (Climbers) : 로프 (rope) 나 와이어 (wire)와 같은 트랙상의 수직면 위나 아래로 움직이는 로봇.
응용 프로그램 및 현재 진행률
현재, 자율 로봇은 iRobot Roomba 로봇 식 진공 청소기 및 잔디 깎기 로봇과 같은 예외를 제외하고는 제한된 상업적 적용을 보았습니다. BEAM의 주요 실용적인 적용은 모션 시스템 및 취미 / 교육 응용 프로그램의 신속한 프로토 타이핑에있었습니다. Mark Tilden은 B.I.O.Bug와 RoboRaptor에 의해 입증 된 바와 같이, Wow-Wee Robotics 용 제품의 프로토 타이핑에 BEAM을 성공적으로 사용했습니다. Solarbotics Ltd., Bug’n’Bots, JCM InVentures Inc. 및 PagerMotors.com은 또한 BEAM 관련 취미 및 교육 상품을 시장에 선보였습니다. Vex는 작은 BEAM 로봇 인 Hexbugs도 개발했습니다.
주목받는 BEAM 로봇 공학자들은 종종 “순수한”BEAM 제어 회로를 직접 제어 할 수없는 문제를 가지고 있습니다. 자연 시스템을 복사하는 생체 외 기술을 평가하는 작업이 진행 중이므로 기존 기술에 비해 성능면에서 엄청난 이점이있는 것 같습니다. 작은 곤충 두뇌가 가장 진보 된 마이크로 일렉트로닉스보다 훨씬 우수한 성능을 발휘할 수있는 방법에 대한 많은 예가 있습니다.
빔 기술의 보급에 대한 또 다른 장벽은 회로의 특성을 성공적으로 진단하고 조작하기 위해 빌더가 배운 새로운 기법을 필요로하는 ‘신경 네트워크’의 인식 된 무작위 특성이다. 콜로라도 주 텔루 라이드 (Telluride)에서 매년 국제 학계의 싱크 탱크가 만나이 문제를 직접 해결하고 있으며 최근까지도 마크 틸든 (Mark Tilden)은 이러한 노력의 일환으로 참여해 왔습니다 (와우 위즈 (Wow-Wee) 장난감에 대한 새로운 상업적 약속 때문에 철수해야했습니다).
장기간의 기억을 가지지 않는 BEAM 로봇은 일반적으로 과거의 행동으로부터 배우지 않습니다. 그러나이 문제를 해결하기 위해 BEAM 공동체에서 일 해왔다. 이 분야에서 가장 진보적 인 BEAM 로봇 중 하나는 Bruce Robinson의 Hider입니다. Hider는 마이크로 프로세서가없는 디자인을위한 인상적인 기능을 갖추고 있습니다.
간행물
특허
미국 특허 613,809 – 이동 차량 또는 차량의 메커니즘을 제어하는 방법 및 장치 – Tesla의 “텔로 오토 매톤 (telautomaton)”특허; 첫 번째 논리 게이트.
미국 특허 제 5,325,031 호 – 적응 형 로봇 신경계 및 그에 대한 제어 회로 – Tilden의 특허; 빗발침 로봇의 팔다리를 제어하기위한 펄스 지연 회로를 이용하는 자기 안정화 제어 회로 및 그러한 회로를 포함하는 로봇; 인공 “뉴런”.
책과 논문
Conrad, James M., Jonathan W. Mills, “Stiquito : 간단하고 저렴한 로봇을 이용한 고급 실험”, 니티놀 추진 보행 로봇의 미래, Mark W. Tilden. Los Alamitos, Calif., IEEE Computer Society Press, c1998. LCCN 96029883 ISBN 0-8186-7408-3
Tilden, Mark W. 및 Brosl Hasslacher, “Living Machines”. Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM 87545, 미국.
Tilden, Mark W. 및 Brosl Hasslacher, “Living”Biomech 기계 설계 : 얼마나 낮은가? “”Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM 87545, USA.
아직도 Susanne과 Mark W. Tilden은 “네 다리가있는 워킹 머신 용 컨트롤러”라고합니다. ETH Zuerich, 신경 정보학 연구소, 로스 알 라모스 국립 연구소의 생물 물리학 부문.
Braitenberg, Valentino, “Vehicles : 합성 심리학 실험”, 1984. ISBN 0-262-52112-1
Rietman, Ed, “인공 신경망 실험”, 1988. ISBN 0-8306-0237-2
Tilden, Mark W. 및 Brosl Hasslacher, “로봇 공학 및 자율 기계 : 지능형 자율 주체의 생물 및 기술”, LANL Paper ID : LA-UR-94-2636, 1995 년 봄.
Dewdney, A.K. “Photovores : 지능형 로봇은 Castoffs에서 구축됩니다”. Scientific American 1992 년 9 월, v267, n3, p42 (1)
Smit, Michael C., Mark Tilden, “Beam Robotics”. 알고리즘, Vol. 2, No. 2, 1991 년 3 월, 15-19 페이지
Hrynkiw, David M., Tilden, Mark W., “Junkbots, Bugbots 및 Bots on Wheels”, 2002. ISBN 0-07-222601-3 (도서 지원 웹 사이트)