Denne robotslangen har for første gang lært kunsten å sno seg opp sandskråninger av en siderullende sandslange fra Arizona. (Foto: Fra video av Henry Astley)
Denne robotslangen har for første gang lært kunsten å sno seg opp sandskråninger av en siderullende sandslange fra Arizona. (Foto: Fra video av Henry Astley)

En slangerobot for krevende terreng

Noen slanger snor seg sidelengs i skråninger. Nå har roboter lært kunsten også.

Publisert

Amerikanske forskere har studert bevegelsen til den siderullende ørkenklapperslangen Crotalus cerastes for å lære sin robotslange å klatre i bratte sandskråninger.

- Det er et godt utgangspunkt å studere virkelige slanger, kommenterer Aksel Andreas Transeth. Han er seniorforsker ved avdeling for anvendt kybernetikk på SINTEF i Trondheim. De har i samarbeid med NTNU Institutt for Teknisk Kybernetikk utviklet flere slangeroboter.

Alle typer terreng

Slanger er mestere i de fleste terrenger. De kan bevege seg raskt på land og gjennom vann, grave seg ned i og svømme gjennom sand og jord, skli gjennom trange passasjer, klatre over sammensatte overflater og til og med gli gjennom lufta,  skriver forskerne i artikkelen i Science, der resultatene publiseres.

- Slanger er ikke best til å komme fram på alle slags underlag. Skal du hundre kilometer fram på flat mark, er rullende hjul for eksempel bedre. Men slangerobotene er kanskje mest allsidige, sier Transeth.

- En liten hjulrobot vil for eksempel takle store hindringer dårlig, mens en stor hjulrobot ikke kommer gjennom små hull. En slangerobot kan klare begge deler, fortsetter han.

Ekte og mekanisk slange i samme bakke

Nå har altså de amerikanske forskerne lært slangeroboten å klatre i bratt, løst terreng også. Forskerne ville gjøre eksperimentene så realistiske som mulig. Derfor hentet de hundrevis av kilo med sand fra Yumaørkene i Arizona, der ørkenklapperslangene lever vilt.

Så la de sanda på et skråplan i den zoologiske hagen i Atlanta, USA. Her fikk både klapperslangen og robotslangen prøve seg.

Klapperslangen snodde seg elegant sideveis oppover sandskråningen. Hvorfor er denne sidebevegelsen spesielt bra i bakker?

Framover og sidelengs

Det kan vi lettest forstå ved å se på den vanlige framkomstmåten som for eksempel vår hjemlige huggorm bruker, altså rett framover. Slangen snor seg i S-form, og skyver hele kroppen framover ved å dytte fra mot steiner, greiner og andre ujevnheter i terrenget.

- Denne bevegelsesformen kalles lateral undulasjon, og er godt analysert, kommenterer Transeth.

Men når sand og annen løsmasse ligger skrått, kan ikke slangen bruke så stor kraft. Da gir sanden etter, og rutsjer utfor skråningen. Løsningen er den spesielle sideveis bevegelsen.

Prinsippet er veldig enkelt sagt å løfte deler av kroppen, og la andre trykke ned, men uten å gli mot terrenget. Dette skjer i en bølgende bevegelse, men de delene som berører underlaget, ligger altså hele tiden stille mot bakken. Dermed begynner ikke sanda å rase ut.





Video fra tidsskriftet Science som viser bevegelsene til ørkenslangen og robotslangen.

Tok mer nedi

Både klapperslangen og robotslangen brukte sideveis bevegelse i eksperimentene, men i starten feilet robotslangen ynkelig. Hva var galt?

Forskerne studerte klapperslangen grundig for å finne svaret: Jo brattere skråningen ble, desto mer av kroppen berørte underlaget og desto mindre løftet den opp.  Da forskerne lærte roboten det samme trikset, klarte den også å klatre i sandskråningen.

- Selve den sideveis bevegelsen er ikke noe nytt for slangeroboter. Også de slangerobotene som er utviklet på SINTEF og NTNU, kan sno seg sidelengs. Men det interessante med denne studien er at forskerne har gått i dybden og analysert sidebevegelsen på virkelige slanger så nøye, kommenterer Transeth.

Brannslukker, rørinspektør, livredder

Aksel Transeth (Foto: SINTEF)
Aksel Transeth (Foto: SINTEF)

Han har vært med på å utvikle flere slangeroboter i forskningssenteret ROBOTNOR, stiftet av SINTEF og NTNU.

Slangerobotene er tiltenkt flere oppgaver, og har fantasifulle navn. Anna Konda har en vanndyse i nesa, og ble laget for å undersøke om det var mulig for slangeroboter å sno seg inn i brennende hus for å slukke. Piko kan krabbe gjennom rørledninger og inspisere dem fra innsiden.

- Nå deltar vi med i oppstarten av et stort EU-prosjekt for å utvikle prototypen av en slangerobot som skal kunne ta seg inn i sammenraste hus. Den har sensorer som kan brukes for å lete etter overlevende, forteller Transeth.

ROBOTNOR utvikler også slanger som kan føle underlaget, og tilpasse bevegelsen til det. Hvis underlaget gir etter ett sted langs kroppen, kan slangen bruke mindre krefter der, og hvis underlaget står i mot andre steder, kan slangen bruke disse delene av kroppen til å presse på.

Robotslanger på Mars

I mars i år laget også SINTEF og NTNU en studie for Norsk romsenter om hvordan slangeroboter kan brukes til utforsking av andre planeter, for eksempel Mars.

Mars er jo en planet med både skråninger og sand, og rapporten beskriver hvordan slangeroboter her kan ta seg fram i vanskelig terreng. De kan til og med hekte seg fast i steiner og trekke løs et kjøretøy med vinsj hvis det står fast.

Robotslangene kan også fungere som smidige tentakler og hente prøver fra bakken, eller svinge verktøyet for reparere eller skifte ut annet utstyr, for eksempel på fjernstyrte kjøretøy.





Video fra ROBOTNOR viser slangeroboten Wheeko, som også kan bevege seg sidelengs.

Mye gjenstår

Men selv om slangeroboter er lovende teknologi, gjenstår ennå arbeid før de kan gjøre nytte for seg utenfor forsøkslaboratoriene.

- Ennå er det ikke laget en kommersiell slangerobot, opplyser Transeth.

Utfordringen er dels å lage det mekaniske robust nok. En slangerobot består av mange små motorer og bevegelige deler, og mye kan gå i stykker. Mange små motorer har også mer energitap enn en stor.

- Energieffektivitet er nok ikke slangeroboters innsalgspunkt. De utmerker seg først og fremst ved å kunne ta seg fram, kommenterer Transeth.

Referanse og lenker:

Hamidreza Marvi et.al: Sidewinding with minimal slip: Snake and robot ascent of sandy slopes, Science 10. oktober 2014, vol. 346 no. 6206, pp. 224-229, DOI: 10.1126/science.1255718

Sidewinder robots slither like snakes, nyhetsmelding fra tidsskriftet Science, 9. oktober 2014

Our Robots, nettside fra RobotNor