ЛУЧШАЯ ПОМОЩЬ (от биологии, электроники, эстетики и механики) — это стиль робототехники, который в первую очередь использует простые аналоговые схемы, такие как компараторы, вместо микропроцессора для создания необычно простой конструкции. Роботы BEAM, не столь гибкие, как робототехника на базе микропроцессора, могут быть надежными и эффективными при выполнении задачи, для которой она была разработана.
BEAM-роботы могут использовать набор аналоговых схем, имитирующих биологические нейроны, чтобы облегчить реакцию робота на его рабочую среду.
Механизмы и принципы
Основные принципы BEAM сосредоточены на способности, основанной на стимулах-ответах, в машине. Основополагающий механизм был изобретен Марком У. Тильденом, где схема (или Nv-сеть нейронных нейронов) используется для имитации поведения биологических нейронов. Некоторое подобное исследование было ранее сделано Эдом Ритманом в «Экспериментах в искусственных нейронных сетях». Схема Тилдена часто сравнивается со сдвижным регистром, но с несколькими важными функциями, что делает его полезной схемой в мобильном роботе.
Другие правила, которые включены (и в различной степени применяются):
Используйте наименьшее возможное количество электронных элементов («держите его простым»)
Переработка и повторное использование технограф
Используйте лучистую энергию (например, солнечную энергию)
Существует большое количество роботов BEAM, предназначенных для использования солнечной энергии от небольших солнечных батарей для питания «солнечного двигателя», который создает автономные роботы, способные работать в широком диапазоне условий освещения. Помимо простого вычислительного слоя «Нервных сетей» Тилдена, BEAM принес множество инструментов для инструментария роботиста. Консоль «Солнечный двигатель», многие схемы H-моста для управления малым двигателем, тактильные сенсорные конструкции и методы построения роботов размером с мезомасштабирование (ладонь) были документированы и разделены сообществом BEAM.
BEAM-роботы
Ориентируясь на «поведение, основанное на реакции» (как изначально вдохновлено работой Родни Брукса), робот BEAM пытается скопировать характеристики и поведение биологических организмов с конечной целью одомашнивания этих «диких» роботов. Эстетика роботов BEAM основана на принципе «form follow function», модулированном конкретными вариантами дизайна, которые создает строитель при реализации желаемой функциональности.
Споры в названии
У разных людей разные представления о том, что означает BEAM. Самым распространенным значением является биология, электроника, эстетика и механика.
Этот термин возник с Марком Тилденом во время обсуждения в Научном центре Онтарио в 1990 году. Марк показывал выбор своих оригинальных ботов, которые он создал во время работы в Университете Ватерлоо.
Тем не менее, существует много других полупопулярных имен, в том числе:
Биология биологии
Модульность модуляции эволюции
микроконтроллеры
В отличие от многих других типов роботов, управляемых микроконтроллерами, роботы BEAM построены по принципу использования нескольких простых действий, связанных непосредственно с сенсорными системами с небольшим усилением сигнала. Эта философия дизайна тесно отражена в классической книге «Транспортные средства: эксперименты в синтетической психологии». Посредством серии мысленных экспериментов эта книга исследует развитие сложного поведения роботов с помощью простых тормозных и возбуждающих сенсорных связей с приводами. Микроконтроллеры и компьютерное программирование обычно не являются частью традиционного (иначе говоря, «чистого») BEAM-робота из-за очень низкоуровневой аппаратно-ориентированной философии дизайна.
Имеются успешные конструкции роботов, сочетающие две технологии. Эти «гибриды» удовлетворяют потребность в надежных системах управления с дополнительной гибкостью динамического программирования, таких как топология «лошади и всадника» BEAMbots (например, ScoutWalker 3). Поведение «Лошадь» реализуется с использованием традиционной технологии BEAM, но основанный на микроконтроллерах «всадник» может вести такое поведение, чтобы достичь целей «гонщика».
Типы
Существуют различные «-trope» BEAMbots, которые пытаются достичь определенной цели. Из серии фототропы являются наиболее распространенными, так как поиск света будет наиболее выгодным поведением для робота с солнечной батареей.
Аудиотропы реагируют на источники звука.
Аудиофилы идут к источникам звука.
Аудиофобы уходят от источников звука.
Фототропы («искатели света») реагируют на источники света.
Фотофилы (также Photovores) идут к источникам света.
Фотофобы уходят от источников света.
Радиоотропы реагируют на радиочастотные источники.
Радиофилы идут к источникам радиочастот.
Радиофобы уходят из источников РФ.
Термотропы реагируют на источники тепла.
Термофилы идут к источникам тепла.
Термофобы уходят от источников тепла.
генеральный
BEAMbots имеют различные механизмы перемещения и позиционирования. Они включают:
Sitters: Unmoving роботы, которые имеют физически пассивную цель.
Маяки: передайте сигнал (как правило, навигационный сигнал) для других BEAMbots.
Pummers: отобразить «световое шоу».
Украшения: все-таки имя для ситтеров, которые не являются маяками или обманщиками.
Squirmers: стационарные роботы, которые выполняют интересное действие (обычно, перемещая какие-то конечности или придатки).
Magbots: используйте магнитные поля для своего режима анимации.
Flagwavers: перемещать дисплей (или «флаг») с определенной частотой.
Heads: Pivot и следить за некоторыми обнаруживаемыми явлениями, такими как свет (они популярны в сообществе BEAM. Они могут быть автономными роботами, но чаще включаются в более крупный робот.).
Вибраторы: используйте маленький пейджер-мотор с нецентральным весом, чтобы встряхнуть себя.
Слайдеры: роботы, которые плавно перемещаются по части тела, оставаясь при этом в контакте с ним.
Змеи: перемещение с использованием горизонтального движения волны.
Earthworms: Двигайтесь с помощью продольного движения волны.
Сканеры: роботы, которые перемещаются с помощью дорожек или катя тело робота с каким-то придатком. Тело робота не тянется на землю.
Турботы: сверните все их тела, используя их руку или жгутик.
Чернильные черви: двигайте часть своих тел вперед, в то время как остальная часть шасси находится на земле.
Гусеничные роботы: используйте гусеничные колеса, как танк.
Перемычки: роботы, которые продвигаются от земли как средство передвижения.
Виброботы: Производите нерегулярное встряхивание, движущееся вокруг поверхности.
Springbots: Двигайтесь вперед, отскакивая в одном направлении.
Ролики: Роботы, которые движутся путем прокатки всего или части своего тела.
Симэты: управляются одним двигателем с его валом, касающимся земли, и перемещаются в разных направлениях, в зависимости от того, какая из нескольких симметричных контактных точек вокруг вала касается земли.
Solarrollers: автомобили на солнечной энергии, которые используют один двигатель, управляющий одним или несколькими колесами; часто предназначенные для завершения довольно короткого, прямого и ровного курса в кратчайшие сроки.
Попперс: используйте два двигателя с отдельными солнечными двигателями; полагайтесь на дифференциальные датчики для достижения цели.
Минибабли: Сдвиньте центр масс, заставляя их сферические тела катиться.
Ходунки: роботы, которые движутся с помощью ножек с дифференциальным контактом.
Двигатель: используйте двигатели для перемещения своих ног (обычно 3 двигателя или менее).
Мышечная проволока: используйте нитинол (никель — титановый сплав) для своих приводов.
Пловцы: Роботы, которые движутся на поверхности или под поверхностью жидкости (обычно вода).
Лодочные моторы: Работайте на поверхности жидкости.
Субботы: работать под поверхностью жидкости.
Летчики: роботы, которые движутся по воздуху в течение длительных периодов времени.
Вертолеты: используйте приводной ротор, чтобы обеспечить подъем и движение.
Самолеты: Используйте фиксированные или взмахивающие крылья для создания лифта.
Blimps: Используйте нейтральный плавучий шар для лифта.
Альпинисты: робот, который перемещается вверх или вниз по вертикальной поверхности, обычно на трассе, такой как веревка или провод.
Приложения и текущий прогресс
В настоящее время автономные роботы видели ограниченное коммерческое применение, за некоторыми исключениями, такими как роботизированный пылесос iRobot Roomba и несколько роботов для газонокосилки. Основное практическое применение BEAM — это быстрое прототипирование систем движения и приложений для хобби / образования. Марк Тилден успешно использовал BEAM для прототипирования продуктов для Wow-Wee Robotics, о чем свидетельствуют BIOBug и RoboRaptor. Solarbotics Ltd., Bug’n’Bots, JCM InVentures Inc. и PagerMotors.com также внесли на рынок BEH-хобби и образовательные товары. Vex также разработал Hexbugs, крошечные роботы BEAM.
У начинающих роботов-роботов часто возникают проблемы с отсутствием прямого контроля над «чистыми» цепями управления BEAM. В настоящее время проводится работа по оценке биоморфных методов, которые копируют естественные системы, поскольку они, по-видимому, обладают невероятным преимуществом по сравнению с традиционными методами. Существует много примеров того, как крошечные мозги насекомых способны намного лучше, чем самые современные микроэлектроники.
Еще одним препятствием для широкого применения технологии BEAM является воспринимаемый случайный характер «нервной сети», который требует, чтобы разработчик научился разрабатывать новые методы, чтобы успешно диагностировать и управлять характеристиками схемы. В Теллуриде, штат Колорадо, ежегодно собираются аналитические центры международных ученых, и до недавнего времени Марк Тилден участвовал в этих усилиях (он должен был уйти из-за своих новых коммерческих обязательств с игрушками Wow-Wee).
Не имея долговременной памяти, роботы BEAM обычно не учатся из прошлого поведения. Однако для решения этой проблемы в сообществе BEAM была проведена работа. Один из самых продвинутых роботов BEAM в этом ключе — Hider Брюса Робинсона, который обладает внушительной степенью возможностей для дизайна без микропроцессора.
Публикации
Патенты
Патент США 613809 — Способ и устройство для управления механизмом передвижения транспортного средства или транспортных средств — патент «телятоматон» Теслы; Первый логический вентиль.
Патент США 5,325,031 — Адаптивные роботизированные нервные системы и схемы управления для них — патент Тилдена; Саморегулирующаяся схема управления с использованием схем задержки импульсов для управления конечностями робота с конечным состоянием и робота, включающего такую схему; искусственные «нейроны».
Книги и газеты
Конрад, Джеймс М. и Джонатан У. Миллс, «Stiquito: передовые эксперименты с простым и недорогим роботом», «Будущее для роботов-роботов с нитинолом», Марк У. Тилден. Лос-Аламитос, Калифорния, IEEE Computer Society Press, c1998. LCCN 96029883 ISBN 0-8186-7408-3
Тилден, Марк У. и Бросл Хасслачер, «Живые машины». Лос-Аламосская национальная лаборатория, Лос-Аламос, NM 87545, США.
Тилден, Марк У. и Бросл Хасслачер, «Дизайн« живых »биомехов: насколько низко можно идти?». Национальная лаборатория Лос-Аламос, Лос-Аламос, NM 87545, США.
Тем не менее, Susanne и Mark W. Tilden, «Контроллер для четырехногий ходьбы». ETH Zuerich, Институт нейроинформатики и биофизики, Национальная лаборатория Лос-Аламоса.
Брайтенберг, Валентино, «Транспортные средства: эксперименты в синтетической психологии», 1984. ISBN 0-262-52112-1
Rietman, Ed, «Эксперименты в искусственных нейронных сетях», 1988. ISBN 0-8306-0237-2
Тилден, Марк У. и Бросл Хасслачер, «Робототехника и автономные машины: биология и технология интеллектуальных автономных агентов», LANL Paper ID: LA-UR-94-2636, весна 1995 года.
Dewdney, AK «Фотоавтоматы: интеллектуальные роботы построены из кастопов». Scientific American September 1992, v267, n3, p42 (1)
Смит, Майкл К. и Марк Тилден, «Робототехника луча». Алгоритм, т. 2, № 2, март 1991 г., стр. 15-19.
Hrynkiw, David M. и Tilden, Mark W., «Junkbots, Bugbots и Bots on Wheels», 2002. ISBN 0-07-222601-3 (сайт поддержки книг)