Robotinsekter - fremtidens våben
Det amerikanske forsvar investerer i forskningen i flyvende insektrobotter, som kan udgøre de ideelle våben i fremtidens krige
Fakta
Et grundlæggende problem ved at udvikle insektrobotter er at få dem til at arbejde sammen.
James McLurkin, studerende ved Massachussetts Institute of Technology, USA, interesserer sig for kooperative minirobotter. Han har udviklet 20 små »swarmbots«, der er i stand til at danne formationer, spredes og selv lades op fra en kraftstation. Ideen er, at sværme på op til 40 sådanne robotter inden for en overskuelig fremtid skal kunne patruljere grænser eller være sikkerhedsvagter ved f.eks. atomkraftværker.
Andre opgaver for den type kooperative sværme kunne være oprensning af miljøgifte eller videnskabelige studier, hvor en stor mængde observatører kan løse opgaven mere effektivt. »Swarmbots«, udstyret med relevante sensorer, kan distribueres i et tæt mønster over et stort areal, og mobiliteten giver fleksibilitet til dynamisk at tilpasse sværmens placering, organisation og rollefordeling.
Robotter styres ofte af algoritmer, der i en eller anden udstrækning er baseret på den logik, et menneske benytter til at træffe beslutninger. Det giver en del problemer for at få samarbejdet til at fungere. For vi mennesker er ikke designet til at operere i flok på samme måde som myrer og hvepse. Vi kan kommunikere meget præcist og teknisk, men det kræver mange års træning at få en gruppe mennesker til at arbejde effektivt sammen om en opgave, hvor der ikke er tid eller mulighed for langsommelige forklaringer. Holdsport indeholder mange eksempler på at en gruppe mennesker, der har trænet sammen i mange år, pludselig opfører sig kollektivt intelligent. Det ser spontant ud, men er et resultat af omfattende træning, som svarer til programmering af kollektive algoritmer – en programmering, der er svær at definere klart.
Alene at udvikle en algoritme, der kan få tre robotter til at bytte plads uafhængigt af deres startposition og uden at støde ind i hinanden, er meget kompliceret. I det øjeblik, man har en avanceret, central kontrolenhed med i felten til at holde styr på alting, bliver hele flokken meget sårbar – rammes kontrolenheden, lammes hele sværmen. Men beslutningstagning er vanskelig at distribuere.
David Payton og hans kolleger fra HRL Research Labs i Malibu, Californien, har fundet en måde helt at undgå den centrale enhed – igen inspireret af naturen. Insekter bruger duftsignaler, feromoner, til at signalere til hinanden. Paytons robotter udsender infrarøde »duft«-signaler, der koder for en bestemt besked, til hinanden. Et kontrolciffer øges med 1, hver gang beskeden sendes videre. Den sidste robot i rækken kan så følge sporet ved at lede efter robotter med et lavere nummer. Ved at udvikle dette koncept yderligere kan disse »pherobots« danne komplek- se formationer og f.eks. meget hurtigt sprede sig jævnt ud på et plant område uden anden styring end deres indbyrdes kommunikation og den simple bionik-algoritme.
Hvis minirobotterne bliver på jorden, bliver det enklere end at få dem til at flyve. Det er stadig en stor udfordring at få et køretøj til at bevæge sig i ujævnt terræn, og på dette område forsøger forskerne også at aflure naturen. Ikke et eneste dyr har hjul – den mest fleksible transportform på jorden er og bliver ben. Og »fodtøjet« spiller yderligere en vigtig rolle. For insekter er ikke kun mobile i kraft af deres mangeleddede ben, men også fordi fødderne er beklædt med avancerede kombinationer af mikroklør, sugekopper og lim, der hjælper insekterne med at klatre op ad selv stejle, glatte forhindringer. Sådanne »smart feet« kan fremstilles kunstigt, men det virker bedst, hvis legemet der skal løftes, er meget let. Så selv om mikrorobotten måske kan kravle, er der stadig krav om lav vægt og lille brændstofforbrug.
Det amerikanske forsvar investerer i forskningen i flyvende insektrobotter, som kan udgøre de ideelle våben i fremtidens krige,
Den dag er måske ikke så langt væk, hvor krige ikke bliver ført af toptrænede soldater og store avancerede flyvemaskiner, men af sværme af mekaniske insekter.
Videnskabsfolk har længe luret på inseksterne. For insekter er lette, kan gå og flyve langt på ganske lidt brændstof, og de kan bære indtil flere kompakte sanseapparater og andet »værktøj«. Nu vil forskere aflure og efterligne insekternes effektive design.
Når forskere kopierer naturens højt-optimerede designløsninger for at skyde genvej, kaldes det bionik. Millioner af års møjsommelig optimering har givet naturen en vifte af designkoncepter, der efterhånden må siges at være grundigt gennemtestede, og som det er svært at finde alternativer til.
Det amerikanske forsvar investerer i forskningen i flyvende insektrobotter, som kan udgøre de ideelle våben i fremtidens krige,
Mange af de robotter, der eksisterer i dag, er overordnet designet som insekter, hvor de følsomme dele er kapslet ind i en hård skal (såkaldt exoskelet), og de har lange, mangeleddede gribearme.
En række amerikanske universiteter har allerede kastet sig over forskning og udvikling af robotter inspireret af insekters form og funktion. En hveps kan nemlig betragtes som en optimeret mikromaskine – en lille bioteknologisk top-performer med sensorer som øjne, næse, følesans og højeffektive muskler, som er bygget af lette, stærke materialer. Hvepsen har endda et lille våben med. Hver enkelt hveps er set ud fra et energimæssigt synspunkt meget billig i fremstilling og drift.
Samtidig drejer det sig om antal. En faktor som forfatteren H. G. Wells allerede i 1898 pointerede i sin berømte science fiction-roman »War of the Worlds«, der netop er blevet filmatiseret, hvor jordboerne angribes af aliens: Store, teknologisk overlegne og ikke mindst onde. Alt virker håbløst, indtil hjælpen kommer i form af bakterier. Selv med alle deres dommedagsvåben har de fremmede ikke en chance mod jordens mikroorganismer. Bakterierne vinder på deres antal, og det princip kan udnyttes i insektsværme.
Insekter i sværme er en uhyggelig effektiv opfindelse, som, når insekterne er drevet af sult, i løbet af kort tid kan udradere alt planteliv i store landområder. En sværm er relativ ufølsom for tab af individer. Selvom det koster et betragteligt antal hvepse livet, bliver opgaverne i et hvepsebo løst.
Det amerikanske forsvar investerer i forskningen i flyvende insektrobotter, som kan udgøre de ideelle våben i fremtidens krige,
Ligesom ubemandede »droner« kan afløse traditionelle fly i militære overvågningsopgaver, er bionik-robotter på vej som erstatning for soldaterne.
I den forskning, der nu er i gang især i amerikanske laboratorier, er målet robotter på mikro- og milliskala. De er endnu ikke helt på mikroskala, og de er ikke i nærheden af at være så fleksible og effektive som insekter, men det kommer. Nanorobotter, dvs. små molekylære maskiner, der eksempelvis svømmer rundt i blodet og dræber vira, ligger derimod længere ude i fremtiden. Der er lang vej igen før nogen kan konstruere noget, der blot minder om en molekylær robot.
En af de organisationer, som satser hårdest på kooperative robotter og autonome robotkøretøjer, er det amerikanske forsvars forsknings- og udviklingsorganisation, Darpa (Defense Advanced Research Projects Agency). Med to millioner dollars i præmie har de lokket 40 universitetsteams til at konkurrere om, hvem der kan lave det bedste selvkørende køretøj i Darpa's Grand Challenge 2005. I det hele taget kommer langt størstedelen af forskningsmidlerne til den type projekter fra militæret.
På University of California, Berkeley, arbejder forskere på et mekanisk flyvende insekt. Målet er at udvikle en flyvende robot med et vingefang på 25 mm. Forskningsprogrammet har stået på siden 1998 med overvejende militærstøtte og har først og fremmest koncentreret sig om vingen – både forståelsen af en insektvinges aerodynamik og analyse, design og test af kulfiber-baserede prototyper. Projektet er fortsat en kamp for at øge aktuatorernes – »musklernes« – effektivitet, sænke vægten og øge styrken. Med andre ord at få mere løftekapacitet pr. gram og pr. Joule.
Det amerikanske forsvar investerer i forskningen i flyvende insektrobotter, som kan udgøre de ideelle våben i fremtidens krige,
Hvis forskerne en dag udvikler en vinge, der fungerer godt nok, står en række andre problemer i kø for at blive løst. Største udfordring er formentlig energiforsyningen. Hvepse, der er ude på en mission, kan tanke op undervejs. Men på en robot med én kvadratcentimeter vinge, er der ikke plads til ret store solpaneler, og batterier er notorisk tunge. Det er nok muligt at fremstille computerchips, som er meget små og strømbesparende, men styring af motorer, sensorer samt navigation er yderst vanskeligt at pakke ned i insektstørrelse, når der samtidigt stilles krav om lav vægt og brændstofforbrug.
Udfordringerne kan sammenlignes med Tårnfalkene, hærens ubemandede fly til 420 mio. kr., der er fyldt til randen med dyr højteknologi, men alligevel ikke fungerer. Skal man lave et kunstigt flyvende insekt, skal mange af de samme funktioner pakkes ned på en milliontedel af flyenes volumen – omkring én kubikcentimeter i stedet for én kubikmeter.
