Кіріспе

BEAM робототехникасы (биология, электроника, эстетика және механикадан) – робототехника стилі, ол ерекше қарапайым конструкция жасау үшін микропроцессордың орнына салыстырғыштар сияқты қарапайым аналогтық схемаларды қолданады. Микропроцессорлық робототехникамен салыстырғанда икемділігі төмен болғанымен, BEAM робототехникасы оған жүктелген міндетті орындауда берік және тиімді болуы мүмкін. BEAM роботтары роботтың жұмыс ортасына жауап беруін жеңілдету үшін биологиялық нейрондарды имитациялайтын аналогтық схемалар жиынтығын пайдалана алады.

BEAM роботтары

"Реакцияға негізделген" мінез-құлыққа (алғашқыда Родни Брукс еңбектерінен шабыттанғандай) ден қоятын BEAM робототехникасы биологиялық организмдердің ерекшеліктері мен мінез-құлықтарын қайталауға тырысады, соңғы мақсаты – осы "жабайы" роботтарды қолға үйрету. BEAM роботтарының эстетикасы "форма функцияны күзеді" принципінен туындайды, бұл конструктор қажетті функционалдықты іске асыру барысында жасайтын дизайн таңдауларымен реттеледі.

Микробақылаушылар

Микробақылаушылармен басқарылатын көптеген роботтардан өзгеше, BEAM роботтары сигналды аз өңдеумен тікелей сенсорлық жүйелерге байланысты бірнеше қарапайым әрекеттерді пайдалану принципі бойынша құрастырылады. Бұл дизайн философиясы "Көлік құралдары: синтетикалық психологиядағы тәжірибелер" атты классикалық кітапта жақсы бейнеленген. Кітаптағы ой-тәжірибелер сериясы арқылы роботтың күрделі әрекеттерінің дамуы, атқарушы органдарға қарапайым тежегіш және күшейткіш сенсорлық байланыстар арқылы зерттеледі. Микробақылаушылар мен компьютерлік бағдарламалау әдетте дәстүрлі (немесе "таза") BEAM роботының құрамына кірмейді, себебі бұл роботтардың дизайны аппараттық құралдарға баса назар аударады. Алайда, екі технологияны үйлестіретін табысты робот жобалары да бар. Бұл "гибридтер" "ат пен мінші" топологиясындағы BEAM роботтары (мысалы, ScoutWalker 3) сияқты, динамикалық бағдарламалаудың қосымша икемділігімен сенімді басқару жүйелеріне қажеттілікті қанағаттандырады. "Ат" әрекеті дәстүрлі BEAM технологиясымен іске асырылады, ал микробақылаушыға негізделген "мінші" осы әрекетті басқара алады, соның арқасында "міншінің" мақсаттарына жетеді.

Түрлері

Белгілі бір мақсатқа жетуге тырысатын әртүрлі "троптық" BEAMботтар бар. Олардың ішінде фототроптар ең көп кездеседі, себебі күн энергиясымен жұмыс істейтін робот үшін жарық іздеу ең тиімді мінез-құлық болар еді. Аудиотроптар дыбыс көздеріне реакция жасайды. Аудиофилдер дыбыс көздеріне бет алады. Аудиофобтар дыбыс көздерінен қашықтайды. Фототроптар ("жарық іздеушілер") жарық көздеріне реакция жасайды. Фотофилдер (сондай-ақ фотоворлар) жарық көздеріне қарай жүреді. Фотофобтар жарық көздерінен алыстайды. Радиотроптар радиожиілік көздеріне реакция жасайды. Радиофилдер радиожиілік көздеріне қарай жүреді. Радиофобтар радиожиілік көздерінен қашықтайды. Термотроптар жылу көздеріне реакция жасайды. Термофилдер жылу көздеріне қарай жүреді. Термофобтар жылу көздерінен қашады.

Жалпы

BEAMботтар әртүрлі қозғалыс және орналасу механизмдеріне ие. Оларға мыналар жатады:
Ситтерлер: қозғалмайтын, физикалық жағынан пассивті мақсаты бар роботтар.
Бейкон: басқа BEAMботтар пайдаланатын сигналды (әдетте навигациялық белгіні) таратады.
Пуммерлер: «жарық шоу» немесе дыбыстардың үлгісін көрсетеді. Пуммерлер көбінесе күндіз күн энергиясын жинап, түнде белсенді болатын түнгі роботтар.
Әшекейлер: маяқтар немесе пуммерлер емес, ситтерлердің барлық түрлері үшін қолданылатын атау. Көбінесе бұл электрондық өнер туындылары.
Squirmers: қызықты әрекеттер жасайтын (әдетте аяқ-қолдар немесе қосымшаларды қозғалту арқылы) тұрақты роботтар.
Магботтар: олардың қозғалыс режимі үшін магниттік өрістерді пайдаланады.
Ту көтергіштер: белгілі бір жиілікпен дисплейді (немесе «туды») қозғалтады.
Бастар: анықталатын құбылыстарды, мысалы, жарықты іздеп, оған бұрылып қарайды (Бұл BEAM қауымдастығында танымал. Олар жеке роботтар болып табылуы мүмкін, бірақ көбінесе үлкен роботқа енгізіледі).
Вибраторлар: өзіндік қозғалыс үшін ортасынан ауытқыған салмағы бар кішкентай пейджер моторын пайдаланады.
Слайдерлер: дене мүшелерін бір бетке тегіс сырғанатып жылжытады, осы кезде олармен байланыста болады.
Жыландар: көлденең толқын қозғалысын пайдаланады.
Жер құрттары: бойлық толқын қозғалысын пайдаланады.
Жүрушілер: қозғалыс жолдарымен немесе роботтың денесін қандай да бір қосымшамен айналдыра отырып қозғалатын роботтар. Роботтың денесі жерге сүйреліп сүйрелмейді.
Турботтар: қолдарымен немесе флагеллаларымен бүкіл денелерін айналдырады.
Инчворттар: денелерінің бір бөлігін алға жылжытады, ал қалған бөлігі жерде қалады.
Тректі роботтар: танк сияқты тректі дөңгелектерді пайдаланады.
Секірушілер: қозғалыс құралы ретінде жерден секіріп шығады.
Вибророботтар: өздерін бір бетке жылжытып, тұрақсыз дірілдеу қозғалысын жасайды.
Спрингботтар: белгілі бір бағытта секіріп алға жылжу.
Роликтер: денесінің барлық бөлігімен немесе бір бөлігін айналдыра қозғалатын роботтар.
Симметриялы: жерге тиетін осі бар бір мотормен қозғалады және осінің айналасындағы бірнеше симметриялық түйісу нүктелерінің қайсысы жерге тигеніне байланысты әртүрлі бағытта қозғалады.
Күн энергиясымен жұмыс істейтін машиналар: бір немесе бірнеше дөңгелекті қозғалтатын бір мотормен жұмыс істейді; көбінесе қысқа уақыт ішінде қысқа, тура және тегіс жолды ең жылдам аяқтауға арналған.
Попперлер: екі бөлек күн қозғалтқышы бар екі моторды пайдаланады; мақсатқа жету үшін дифференциалдық сенсорларға сүйенеді.
Мини шарлар: массалық орталығын өзгертіп, шар тәрізді денелерін айналдырады.
Жүрушілер: жермен дифференциалдық байланыста аяқтарымен қозғалатын роботтар. BEAM жүрушілері әдетте Nv желілерін пайдаланады және ешқандай бағдарламаланбайды — олар қозғалтқыштардан келетін кедергілік кіріс арқылы жүріп, жер бетіне жауап береді.
Мотормен қозғалатын: аяқтарын қозғау үшін моторларды пайдаланады (әдетте 3 мотор немесе одан аз).
Бұлшықет сымдарымен жұмыс істейтін: олардың аяқтарын қозғалту үшін нитинол (никель-титан қорытпасы) сымдарын пайдаланады.
Суға жүзушілер: сонымен қатар акваботтар немесе акваворлар деп те аталады. Сұйықтың (әдетте судың) бетінде немесе астында қозғалатын роботтар.
Қайық-роботтар: сұйықтық бетінде жұмыс істейді.
Субботтар: сұйықтық астында жұмыс істейді.
Ұшқыштар: ұзақ уақыт бойы ауада қозғалатын роботтар.
Вертолеттер: көтергіштік пен қозғалысты қамтамасыз ету үшін қозғалтқыш роторды пайдаланады.
Ұшақтар: көтергіштік күшін тудыру үшін тұрақты немесе қанат қағып ұшатын қанаттарды пайдаланады.
Көшкіш: көтергіш ретінде бейтарап жүзетін шарды пайдаланады.
Тік бетке көтерілушілер: көбінесе арқан немесе сым сияқты жолмен тік бетке көтеріліп немесе төмен түсіп жүретін роботтар.

Қолданбалар және қазіргі даму

Қазіргі уақытта автономды роботтардың коммерциялық қолданысы шектеулі, тек iRobot Roomba робот шаң сорғышы және бірнеше газон шабу роботтары сияқты кейбір ерекше жағдайлар бар. BEAM негізінен қозғалыс жүйелерінің прототиптерін жылдам жасау және хобби/білім беру мақсатында қолданылады. Марк Тилден Wow Wee Robotics үшін өнімдердің прототиптерін жасауда BEAM-ді табысты пайдаланған, мұны B.I.O. Bug және RoboRaptor мысалдары дәлелдейді. Solarbotics Ltd., Bug'n'Bots, JCM InVentures Inc. және PagerMotors.com компаниялары да BEAM-мен байланысты хобби және білім беру тауарларын нарыққа енгізді. Vex сондай-ақ Hexbugs, кішкентай BEAM роботтарын жасады. BEAM робототехникасымен айналысқысы келетін жаңа мамандар көбінесе "таза" BEAM басқару тізбектеріне тікелей бақылаудың болмауына байланысты қиындықтарға тап болады. Табиғаттағы жүйелерді көшіретін биоморфтық техникаларды бағалау жұмыстары жүргізілуде, себебі олар дәстүрлі техникалардан айқын артықшылыққа ие болып көрінеді. Кішкентай жәндіктердің миы ең жетілген микроэлектроникадан да жақсы жұмыс істей алатынына көптеген мысалдар бар. BEAM технологиясын кеңінен қолдануға кедергі келтіретін тағы бір фактор – "нервтік желінің" болжамсыз сипаты, бұл үшін құрылысшыға тізбектердің ерекшеліктерін дұрыс анықтап, басқару үшін жаңа әдістерді үйрену қажет. Халықаралық ғалымдардың ой-санасы осы мәселені тікелей шешу үшін жыл сайын Колорадо штатының Теллурайд қаласында жиналады, және соңғы кездерге дейін Марк Тилден осы жұмыстарға қатысты (бірақ Wow Wee ойыншықтарымен жаңа коммерциялық міндеттемелеріне байланысты одан бас тартуға тура келді). Ұзақ мерзімді жадқа ие болмағандықтан, BEAM роботтары әдетте бұрынғы тәжірибеден үйренбейді. Дегенмен, бұл мәселені шешу үшін BEAM қауымдастығында жұмыс жүргізілуде. Осы бағыттағы ең жетілген BEAM роботтарының бірі – Брюс Робинсонның Hider роботы, ол микропроцессорсыз жасалғандықтан да әсерлі мүмкіндіктерге ие.