Плантоид

Плантоид созданный — это робот или синтетический организм, так, чтобы выглядеть, действовать и расти как растение. Концепция была впервые научно опубликована в 2010 году. (хотя модели сопоставимых систем, управляемых нейронными сетями, датируются 2003 годом). ) и до сих пор оставалась в основном теоретической. Плантоиды имитируют растения посредством внешнего вида, поведения и внутренних процессов (которые призваны поддерживать жизнь растения или обеспечивать его выживание). Прототип Европейской комиссии в настоящее время находится в разработке консорциума следующих учёных: Дарио Флореано , Барбары Маццолаи, Хосепа Самитьера, Стефано Манкузо .

Плантоид включает в себя распределенную архитектуру, состоящую из автономных и специализированных модулей. Модули могут быть смоделированы на основе частей растений, таких как корневой чехлик , и взаимодействовать друг с другом, образуя простой роевой интеллект . Такая система может демонстрировать большую надежность и устойчивость. Предполагается, что он способен собирать и управлять энергией, обеспечивать коллективное экологическое сознание и выполнять многие другие функции.

В научной фантастике , хотя человекоподобные роботы ( андроиды ) встречаются довольно часто, а биоморфные роботы, похожие на животных, встречаются время от времени, плантоиды встречаются довольно редко. Исключения встречаются в романе «Сердца, руки и голоса» (1992, США: Расколотая земля ) Иэна Макдональда и сериале «Дзикуу Сенши Спилбан» .

Системы и процессы

Как и растения, плантоиды размещают свои корни и придатки (выступающие части плантоида) в сторону благоприятных условий, которые стимулируют рост (т. е. солнечный свет, идеальные температуры, области с большей концентрацией воды) и вдали от факторов, препятствующих росту. Это происходит за счет комбинации информации от его датчиков и соответствующей реакции плантоида.

Датчики

Использование мягких тактических датчиков (устройств, которые собирают информацию на основе окружающей физической среды) позволяет плантоиду ориентироваться в окружающей среде. Эти датчики передают информацию плантоиду и генерируют сигналы, подобно тому, как компьютер может получать информацию с клавиатуры посредством ввода. Эти датчики сканируют препятствия или объекты, представляющие интерес (например, источники воды), с помощью корней робота, а программирование плантоида определяет, является ли интересующий объект полезным или нет. Получив эту новую информацию, плантоид посылает сигналы другим подвижным частям робота, чтобы они отреагировали соответствующим образом, действуя аналогично тому, как корни передают информацию реальным растениям. Поскольку у плантоидов нет центрального процессора, сенсоры действуют как отдельные командные центры, передавая указания соседним корневым единицам для взаимодействия. Это может привести к тому, что несколько датчиков будут получать одну и ту же информацию, а несколько корневых единиц будут двигаться как единое целое.

Движение

Датчики прикреплены к псевдокорням плантоида и помогают в движении на основе обратной связи, действуя как корни растения. По сигналу от датчиков плантоида эти структуры могут перемещаться к интересующим объектам или от них, обеспечивая гибкость этих корней в почве. Это достигается за счет конструкции корня, в которой используются пружины и двигатели, позволяющие роботу контролировать движения корней. Двигатели действуют как основной элемент управления корнем, принимают информацию и приводят в действие (работают) в определенном направлении. Пружины обеспечивают большую гибкость при прикреплении к двигателям, образуя конструкцию, которая может двигаться практически в любом направлении. Разрабатываются дополнительные формы движений у плантоидов, в которых основное внимание уделяется движению корней и большему движению плантоида. В проекте GrowBot 2015 года, возглавляемом Барбарой Маццолаи из Итальянского института технологий, разрабатывается форма транспортировки плантоидов, имитирующая функции усиков (структур вдоль стебля растения, которые цепляются за структуры в окружающей среде для поддержки или движения). позволяя плантоидам менять свое местоположение по своему усмотрению (для получения питательных веществ или в исследовательских целях). Искусственные усики на этом плантоиде имеют трубку, проходящую через слои ткани, по которой проходят ионы, смешанные с водой. Если через трубку послать электрический заряд, вода начнет течь, а ионы прикрепятся к ткани, и усик начнет скручиваться. Развитие усиков у плантоидов обеспечивает большую мобильность в неизвестной или суровой среде.

Алгоритмы

Плантоиды программируются с помощью специальных алгоритмов для выполнения различных функций, начиная от движения корней и заканчивая универсальностью датчиков. Механические конечности плантоида работают исключительно за счет алгоритмов и кодирования, позволяя отдельным частям реагировать на окружающую среду плантоида. Алгоритмы в сенсорах растений позволят сенсорам получать информацию о ресурсах, доступных в окружающей местности, и реагировать, соответствующим образом перемещая кончики плантоидов. Проекты сосредоточены на алгоритмах корней и изменении интерфейса, чтобы в качестве реакции между корнями и остальной частью плантоида могло происходить больше взаимодействий. В настоящее время разрабатываются другие алгоритмы для других придатков, например, для поглощения материалов телом плантоида.

Использование

Плантоиды предлагают людям универсальность благодаря сбору данных и их адаптации к окружающей среде.

Мониторинг

Некоторые эксперименты с плантоидами показали интерес к изучению качества почвы из-за их способности работать автономно и использовать подземные датчики. Их автономный характер позволяет исследователям отслеживать структуру почвы, районы с низким уровнем воды или природных ресурсов, а также загрязнение почвы в течение определенного периода времени. Мониторинг почвы с помощью плантоидов дает преимущество перед нынешними методами отслеживания состояния почвы, которые не так технологичны.

Разведка

Автономный характер плантоида позволяет ему исследовать суровые условия (чрезвычайно холодные или теплые места обитания), о которых у исследователей возникают проблемы со сбором данных. Гибкость и программирование плантоида дают ему возможность адаптироваться к различным средам и могут использоваться для исследования космоса в еще не исследованных средах.

исследование

В области биоробототехники поведение корней плантоидов дает исследователям знания о том, как растения функционируют как единое целое и как отдельные единицы управляют функцией органов. Совершенствование конструкции и изучение поведения растений может привести к созданию других форм биоробототехники, реализующих то же поведение. Эти новые технологии могут использовать несколько источников информации с различной реакцией в зависимости от того, как она помечена.

Прототипы/Проекты

С момента его концептуализации в нескольких проектах были исследованы и улучшены конструкция и технология плантоидов.

Проект СТРЭП

Проект STREP Plantoid (с 1 мая 2012 г. по 30 апреля 2015 г.) был ранним проектом, который добился прогресса в проектировании и понимании того, как функционирует завод. Его целью было исследование поведения корней растений и создание технологии, которая могла бы имитировать эффективность функций корней. В рамках этого проекта было опубликовано понимание корней растений и их поведения по отношению к раздражителям и положительным факторам окружающей среды, а связь между различными частями системы была воспроизведена с помощью технологий (корневые чехлики и датчики, которые передают информацию плантоиду). . Этот проект предоставил данные о технологии, используемой датчиками, которые будут улучшены в последующих проектах, поскольку корневые датчики смогут обнаруживать больше факторов окружающей среды вокруг них. Локальная связь корней с другими частями плантоида была исследована, чтобы понять пути и конструкцию, которые лучше всего имитируют эти линии связи.

Проект GrowBot

Проект GrowBot (2015 г.) представляет собой прототип плантоида с искусственными усами, обеспечивающими мобильность за счет захвата внешних поверхностей. Этот проект был сосредоточен на движении плантоида к раздражителям и навигации по неизвестной среде с помощью усиков, с надеждой на развитие технологии, позволяющей ему двигаться против гравитации. Проект GrowBot продемонстрировал способность плантоидов позиционировать себя не только с точки зрения своих корней, но и всего робота при обнаружении стимулов.

Плантоидный проект

Проект Plantoid (2016) подчеркнул гибкость корней за счет использования пружин и датчиков, которые давали обратную связь при взаимодействии с градиентами питательных веществ или препятствиями. Этот проект был вдохновлен растениями и способностью корней преодолевать любые препятствия, возникающие в окружающей среде. В этом прототипе были воспроизведены обратная связь и реакция корней, в частности, то, как корень будет двигаться в зависимости от того, какие объекты улавливает датчик. Пружины, использованные в корнях, обеспечивали большую степень свободы по сравнению с предыдущими моделями плантоидов, а двигатели были объединены с алгоритмами для эффективного реагирования на обратную связь, получаемую плантоидом. Разработка этих датчиков сопровождалась разработкой алгоритмов, которые будут оценивать объекты вокруг корней плантоида (положительные или отрицательные) и приводить к реакциям, основанным на том, считается ли объект положительным или нет (корни движутся вперед или назад).

См. также

• Биотехнология

Внешние ссылки

• Сайт европейского проекта Plantoid
• Барбара Маццолаи: Роботы, вдохновленные растениями - статья BBC (20 ноября 2015 г.)
• Революция плантоидов - CORDIS (13 мая 2019 г.) статья Лореданы Пианта в
• Интервью с Барбарой Маццолаи (ENG) FET FX - YouTube -канал
• Стефано Манкузо: «Корни растительного интеллекта» — доклад TED