BEAM – природа и естетика с привкус на роботика

BEAM (от Biology, Electronics, Aesthetics and Mechanics – Биология, Електроника, Естетика и Механика) е едно от най-интересните и иновативни направления в роботиката. Ключова характеристика на BEAM-роботите е изключително опростеният дизайн. Те се управляват с прости аналогови микросхеми вместо с микропроцесор и макар да не са толкова гъвкави като конвенционалните си събратя, "биоестетичните" роботи могат да бъдат изключително високоефективни при изпълнение на задачите, за които са проектирани.

Наборът от аналогови микросхеми
имитира биологични неврони, за да улесни отговора на робота към работната му среда. В основата на поведенческия модел на BEAM-роботите е т. нар. базирано на реакции поведение ("reaction-based" behavior), вдъхновено от разработките на Родни Брукс – австралийски изследовател в областта на роботиката, който проектира поведенчески ориентирани роботи на базата на биологичните принципи на движение и разсъждение.

BEAM-роботите се стремят да копират характеристиките и поведението на биологичните организми, а естетическият им дизайн е обусловен от принципа "Формата произтича от функцията". На практика формата се видоизменя спрямо конкретните изисквания към дизайна, определени от целевата функционалност на робота.

Принципи и механизми
Основният принцип на BEAM-роботиката е машина да проявява поведение от типа "стимул-реакция", характерно за живите организми. Механизмът за осъществяване на подобен дизайн е дело на физика и дизайнер на роботи Марк Тилдън и се състои в изкуствена невронна мрежа (Nv {"nervous"} мрежа of Nv неврони), която стимулира поведението на биологичните неврони. Микросхемата на Тилдън се оказва изключително подходяща за мобилни роботи. Сред основните принципи, заложени в концепцията за BEAM-роботи и прилагани в различна степен при различните модели, са:
- използване на възможно най-малък брой електронни компоненти;
- рециклиране и повторно използване на излязла от употреба електроника;
- захранване с лъчиста енергия (например слънчева).

Соларни и други иновативни технологии в BEAM-роботиката
Съществуват голям брой BEAM-роботи, проектирани да използват соларна енергия от малки слънчеви панели, които захранват своеобразен "соларен двигател". Той прави BEAM-роботите автономни машини, които могат да работят при голям диапазон от условия на осветеност. Освен с простия изчислителен слой на невронните мрежи, създаден от Марк Тилдън, "биоестетичните" роботи са допринесли за развитието на роботиката и с други иновации. Сред тях са самият "соларен двигател", множество микросхеми на H-мостове за управление на микромотори, иновативни дизайни при тактилните сензори, различни конструкционни техники за т. нар. роботи с мезо-мащаб (или с размерите на човешка длан) и др.

Приложения и разработки
Понастоящем автономните "биоестетични" роботи все още намират ограничено комерсиално и индустриално приложение. Сред пазарно реализираните концепции са някои модели роботизирани косачки, прахосмукачки и дрони. BEAM-роботи се използват за различни образователни и хоби приложения. В индустрията този тип роботи са приложими в бързото прототипиране на motion системи.
Основен фокус на разработките в областта е оценка на биоморфните техники, които имитират естествените системи, тъй като те се открояват с обещаващ потенциал на фона на традиционните техники в роботиката. Налице са много примери как миниатюрните мозъци на насекомите могат да функционират в пъти по-ефективно и от най-усъвършенстваните технологии в микроелектрониката.

Микроконтролери в BEAM-роботиката
За разлика от много други видове роботи, управлявани от микроконтролери, BEAM-роботите са изградени на базата на множество прости поведенчески микросхеми, свързани директно със сензорни схеми със слабо кондициониране на сигналите. Микроконтролерите и компютърното програмиране като цяло не са част от традиционната концепция за BEAM-роботите, тъй като техният дизайн е силно опростен и хардуер-центричен. Съществуват обаче и успешни дизайни, при които двете технологии са хибридно съчетани. Тези модели се нуждаят от надеждни контролни системи и допълнителната гъвкавост на динамичното програмиране. Пример са "БИЙМботите" с топология от типа "кон-и-ездач". Поведението на "коня" се имплементира посредством традиционната BEAM технология, а базираният на микроконтролерно управление "ездач" може да навигира и насочва BEAM-робота, за да изпълни задачите, зададени от микроконтролера.