Робоцветы поддержали комфортный уровень освещения в здании. Они раскрываются и закрываются подобно бутонам

Американские инженеры разработали прототип децентрализованной системы для автоматической регулировки естественного освещения под названием Swarm Garden. Система состоит из множества отдельных роботов SGbot, каждый из которых может изменять свою форму, раскрываясь, как бутон. Роботы обмениваются информацией и действуют сообща, как единый рой. Они устанавливаются на окно и управляют количеством попадающего в помещение света за счет изменения величины собственной тени. Статья опубликована в журнале Science Robotics.

В строительстве существует современное направление под названием адаптивная архитектура. Основная его идея в том, что что здания должны в реальном времени адаптироваться к изменяющимся условиям среды — погоде, температуре, освещенности. Для этого в строение интегрируют сенсоры, приводы, подвижные элементы фасада и интерьеров и системы управления. При этом большинство из существующих сегодня немногочисленных архитектурных проектов механически сложны и либо управляются централизованно, из-за чего их трудно масштабировать, или наоборот, полностью децентрализованы, что снижает их надежность.

Инженеры под руководством Мерихан Альхафнави (Merihan Alhafnawi) и Радхики Нагпал (Radhika Nagpal) из Принстонского университета разработали «архитектурный рой» — прототип децентрализованной системы с роевым интеллектом, которая сможет регулировать уровень естественной освещенности в зданиях с адаптивным фасадом. Система получила название Swarm Garden. Она состоит из множества независимых роботов SGbot, которые могут действовать сообща.

Каждый из роботов представляет собой устройство, на верхней части которого находится гибкий лист из тонкого пластика прямоугольной формы. Простой механизм может втягивать центр листа внутрь корпуса за 10 секунд, заставляя его изгибаться и складываться подобно лепесткам закрывающегося бутона. Площадь, занимаемая роботом, при этом уменьшается. Обратный процесс напоминает раскрытие бутона. Изменение площади «цветка» можно использовать для регулировки величины отбрасываемой им тени. Каждый SGbot оснащен датчиками освещенности, сенсорами приближения, светодиодами и модулем Wi-Fi для коммуникации с соседями.

Работоспособность системы проверили в двух сценариях. В первом эксперименте 16 роботов установили на окне офиса для управления естественным освещением в течение трех дней. Рой использовал алгоритм, основанный на динамике мнений (opinion dynamics): каждый SGbot принимал решение об открытии или закрытии своих «лепестков», учитывая собственные показания датчиков, данные своих соседей и целевое значение освещенности в комнате (в опытах было выбрано значение 750 люкс). Тесты показали, что рой успешно адаптируется к изменению яркости внешнего освещения (движению солнца, облачности) и сохраняет функциональность даже при поломке сенсоров у отдельных модулей.

Чтобы оценить масштабируемость системы, разработчики провели компьютерное моделирование работы роя на стеклянной крыше большого атриума. Симуляция подтвердила, что он может создавать градиенты освещенности и зонировать пространство с помощью света в зависимости от потребности в разных частях здания. Сложная централизованная система управления для этого не требуется.

Во втором сценарии инженеры исследовали взаимодействие роя с людьми. На выставке инженеры представили инсталляцию из 36 роботов, реагирующих на движения посетителей. А профессиональная танцовщица выступила с перформансом, управляя цветом светодиодной подсветки роботов и их поведением с помощью носимого на запястье устройства, считывающего жесты.

Разработчики планируют изучить возможность использования более экологичных и долговечных материалов для длительной эксплуатации роботов. Кроме того, для того, чтобы повысить энергоэффективность, применить принципы японской техники изготовления фигурок из бумаги киригами — система разрезов поможет снизить усилие, необходимое для раскрытия и закрытия «цветков».

Регулировать температуру и освещенность внутри помещения можно и с помощью термочувствительных полимеров. Ученые из Сингапура создали окно, которое состоит из жидкой смеси воды и гидрогеля, заключенной между двух стекол. При нагреве от солнечного света материал мутнеет и становится сначала полупрозрачным, а затем светонепроницаемым.

Источник