Забравете метала. Когато става дума за роботи, бъдещето е меко и меко

Някъде в лаборатория нещо се гърчи. Това е робот змиорка, плувайки безшумно през огромен затъмнен резервоар със солена вода; неговите ритмични, подобни на лента движения, повтарящи тези на естествения му аналог. Или е робот, вдъхновен от октопода, приличащ на нещо H.P. Лъвкрафт може би си е мечтал, ако се е родил 100 години по-късно и е станал робот, вместо писател на ужаси?

Може би не е нито едно от двете. Може би е мек гумен ръкав, обвит около човешко сърце, и да му правите редовни успокояващи стискания, за да му позволите да продължи да бие в лицето на сърдечна недостатъчност. Или а хидрогел грайфер който може да протегне ръка и да грабне плуваща риба, като я закрепи, без да я нарани. Или. Или. Или.

Реалността е, че няма недостиг на примери от процъфтяващата област на меката роботика. Една от най-вълнуващите, бързо развиващи се области в изследванията на роботиката, тези роботи не приличат на твърдите, метални машини, които научната фантастика ни обеща. Изработени са от гумени материали. Те също така са много по-евтини за изграждане, тежат значително по-малко и предлагат много повече гъвкавост и (може би контраинтуитивно, предвид меките им материали) издръжливост. В този процес те променят това, което мислим за робот – и се оказват изключително полезни в процеса.

Роботът с хиляди употреби

Настоящият прилив на меки роботи в свят, доминиран преди от метала, не отнема нищо от по-традиционните роботи, създавани от компании като Boston Dynamics. Напредъкът в традиционната твърда роботика само през последните няколко години ни даде всякакъв вид гъвкави машини, способни да извършват всичко - от фино сглобяване на производствени линии до изпълнявайки танци, паркур дисплеи или дори Достойни за Олимпиадата задни салта. Но тези традиционни роботи не са добри за всичко.

Те са страхотни в изпълнението на една и съща задача много пъти подред, което е точно това, което е необходимо, ако например помагат да се сглобят iPhone на конвейер във фабрика на Foxconn. Но премахнете ги от структурирания домейн, в който са свикнали да работят, и внезапно тяхната удивителна прецизност може изчезват в миг.

Това е проблематично поради различни причини, не на последно място поради факта, че все по-често роботите ще работят заедно с хора и други живи хора. Това може да означава директна работа с хора като колеги. Това може също така да означава още по-тясно ниво на взаимодействие, като например гореспоменатия робот, предназначен да поддържа сърцето на човек да бие в лицето на възможна сърдечно-съдова недостатъчност. Именно тези сценарии са довели отчасти до нарастващата популярност на меките роботи.

„[Още една] вълнуваща област на приложение за мека роботика е в сектора за търсене и спасяване,“ Гиада Гербони, постдокторант в Станфордския университет, който миналата година даде a TED Talk озаглавен „Невероятният потенциал на гъвкавите, меки роботи“, каза Digital Trends. „[В лабораторията, в която работя], има много мотивиран екип от колеги, който проучва как мек робот, който расте от върха — като растение, или по-точно лоза — ще може да навигира в археологически обекти, недостъпни за хора и пълен с много деликатни артефакти, или да изследвате деликатните подземни местообитания на някои застрашени животни видове.”

Собствените изследвания на Gerboni имат медицински приложения. В момента тя работи върху гъвкави роботи, които могат да се използват като хирургически инструменти за достъп до труднодостъпни части на тялото, точно както меките роботи на колегите й могат да помогнат за достъп до отдалечени сайтове.

„Настоящата ми работа в Станфорд използва гъвкава игла, която може да достигне напълно различни части от черния дроб една единствена точка на вмъкване и може да изгори тумор – [унищожавайки] туморни клетки чрез топлина – с върха си“, продължи тя. Управляемата игла не е това, което можем да си представим като робот, но това е една от възможностите, разкрити от меките роботи.

Сбогом метал?

Най-новото развитие в меката роботика е особено вълнуващо. Наскоро изследователите измислиха как да премахнат трайни твърди метални компоненти в меки роботи. Докато предишните меки роботи все още изискваха компоненти като метални клапани, този най-нов мек робот може да функционира, използвайки само гума и въздух - с въздух под налягане, който замества нуждата от електроника вътрешности. По този начин той интегрира паметта и вземането на решения директно в своите меки материали, използвайки вид мек компютър, базиран на цифрова логика.

„Тези състояния на високо и ниско налягане са аналогични на цифров сигнал, като 1 е равно на високо налягане и 0 е равно на ниско налягане,“ Филип Ротемунд, ни обясни един от изследователите по проекта. „Обикновено управлението на меките роботи се извършва с електронни контролери и с помощта на твърди клапани, което води до твърди/меки хибридни роботи. Нашият мек компютър позволява интегриране на комплексно управление директно в структурата на мек робот.“

Всичко това все още е на сравнително ранен етап, но демонстрира бързо развиващия се свят на софта роботика: изостава с половин век от по-трудния си двойник, но прибързано прави всичко възможно да хване нагоре. Изглежда също работи. В допълнение към вече споменатите приложения, меки робот-грайфери сега се използват на поточни линии, поради способността им да взаимодействат с обекти без потенциал да ги повредят.

Както отбелязва Giada Gerboni обаче, грешка е да се разглежда меката роботика като противоречаща на традиционните твърди роботи.

„Не бих казала, че меките роботи са по-добри, но това е само клас роботи – или начин за правене на роботика – който вече не можем да избягваме да обмисляме“, каза тя. „Меките роботи вече показаха, че имат голям потенциал при навигационни задачи, защото могат артикулират лесно тялото си и тяхната навигация не е компрометирана от внезапни контакти с непознати обекти. Но когато става въпрос за друга много често срещана задача за роботи като задачи за манипулиране, тогава наличието на нетвърди части е много лошо, защото роботът може [да упражнява много малка сила, което означава, че не може да повдигне много обекти.] Освен това, като се има предвид високата гъвкавост на тялото, степените на свобода и ограничената интеграция на сензора, те не могат да бъдат прецизно контролирани, така че не могат да извършват много прецизна манипулация задача.”

И твърди, и меки

В крайна сметка, казва тя, най-добрият начин наистина да направим роботи, които ще бъдат полезни в живота ни, ще бъде да комбинираме твърди и меки: точно както виждаме с материалите, открити в природата. „Просто погледнете хората“, каза тя. „Те са перфектни роботизирани машини с меки компоненти, но също и твърди структури и стандартни съединения. [Те] могат да изпълняват задачи в различни контексти, но също така могат да бъдат прецизни и да упражняват сили.

Някои изследователи дори са заети с проучване на материали, които позволяват на меките роботи да се втвърдяват при поискване или пък да комбинират различни материали с твърдост за постигане както на прецизност, така и на сръчност. Терминът „мек робот“ съществува едва от десетилетие, но вече създава ниша за себе си. (И намирайки своя път и в поп културата: вижте Baymax, симпатичния робот от Disney's Голям герой 6.)

Докато се приближаваме към свят, в който роботите са част от нашето ежедневие, меките роботи ще придобият по-голямо значение от всякога. Едно нещо е сигурно: тук, през 2019 г., думата „робот“ вече не е синоним на „метална машина“.

Препоръки на редакторите

• Бъдещето на производството: Поглед напред към следващата ера на правене на неща
• Бродящите ботове за наблюдение идват в нашите градове. За щастие те са тук, за да помогнат
• Запознайте се с ксеноботите: Живи, биологични машини, които биха могли да революционизират роботиката
• Умни манекени: Как роботизираната технология за справяне трансформира футболната практика
• Най-добрите роботи на CES 2021