Glem metal. Når det kommer til robotter, er fremtiden blød og squishy

Et eller andet sted i et laboratorium svirrer noget. det er en ålerobot, svømmer lydløst gennem en enorm mørklagt saltvandsbeholder; dens rytmiske, båndlignende bevægelser, der afspejler dens naturlige modstykke. Eller er det en blæksprutte-inspireret robot, der ligner den slags ting H.P. Lovecraft kunne have drømt om, hvis han var blevet født 100 år senere og var blevet en robotiker i stedet for en gyserforfatter?

Måske er det ingen af ​​dem. Måske er det et blødt gummiagtigt ærme, viklet om et menneskehjerte, og give den regelmæssige beroligende klem for at give den mulighed for at fortsætte med at slå i lyset af hjertesvigt. Eller a hydrogel griber som kan række ud og gribe en svømmende fisk og sikre den uden at skade den. Eller. Eller. Eller.

Virkeligheden er, at der ikke er mangel på eksempler fra det spirende felt af blød robotteknologi. Et af de mest spændende, hurtigt udviklende felter inden for robotforskning, disse robotter ligner ikke de hårde, metalliske maskiner, som science fiction lovede os. De er lavet af gummiagtige materialer. De er også meget billigere at bygge, vejer betydeligt mindre og tilbyder langt mere fleksibilitet og (måske kontraintuitivt, givet deres bløde materialer) holdbarhed. I processen ændrer de, hvad vi tænker på som en robot - og viser sig at være uhyre nyttige i processen.

Robotten af ​​tusinde anvendelser

Den nuværende bølge af bløde robotter til en verden, der tidligere var domineret af metal, tager ikke noget væk fra de mere traditionelle robotter, der bygges af virksomheder som Boston Dynamics. Fremskridt inden for traditionel hård robotteknologi har alene i de seneste par år givet os alle mulige alsidige maskiner, der er i stand til at udføre alt fra fint montagearbejde på produktionslinjer til udfører danse, parkour skærme eller endda OL-værdige backflips. Men disse traditionelle robotter er ikke gode til alt.

De er gode til at udføre den samme opgave mange gange i træk, hvilket er præcis det, der kræves, hvis de for eksempel er med til at sammensætte iPhones på et transportbånd på en Foxconn-fabrik. Men fjern dem fra det strukturerede domæne, som de er vant til at arbejde i, og pludselig kan deres forbløffende præcision forsvinde på et øjeblik.

Dette er problematisk af alle mulige årsager, ikke mindst det faktum, at robotter i stigende grad kommer til at arbejde sammen med mennesker og andre levende mennesker. Dette kan betyde direkte at arbejde med mennesker som kolleger. Det kan også betyde et endnu tættere niveau af interaktion, såsom den førnævnte robot, der har til formål at holde en persons hjerte slå i lyset af mulig hjerte-kar-svigt. Det er disse scenarier, der til dels har ført til den stigende popularitet af bløde robotter.

"[Et andet] spændende anvendelsesområde for blød robotteknologi er i eftersøgnings- og redningssektoren," Giada Gerboni, en postdoc ved Stanford University, som sidste år gav en TED Talk med titlen "Det utrolige potentiale ved fleksible, bløde robotter," fortalte Digital Trends. "[I laboratoriet, jeg arbejder i], er der et meget motiveret team af kolleger, der undersøger, hvordan en blød robot, der vokser fra spidsen - som en plante, eller mere specifikt en vinstok - ville være i stand til at navigere i arkæologiske steder, der er utilgængelige for mennesker og fuld af meget delikate artefakter, eller for at udforske de sarte underjordiske levesteder for et truet dyr art."

Gerbonis egen forskning har medicinske anvendelser. Hun arbejder i øjeblikket på fleksible robotter, der kan bruges som kirurgiske instrumenter til at få adgang til svært tilgængelige dele af kroppen, ligesom hendes kollegers bløde robotter kan hjælpe med at få adgang til fjerntliggende steder.

“Mit nuværende arbejde i Stanford bruger en fleksibel nål, der kan nå helt andre dele af leveren fra et enkelt indsættelsespunkt og kan brænde en tumor - [ødelægge] tumorceller med varme - med dens spids, fortsatte hun. En styrbar nål er ikke, hvad vi kan tænke på som en robot, men det er en af ​​de muligheder, der åbnes af bløde robotter.

Farvel metal?

Den seneste udvikling inden for blød robotteknologi er særlig spændende. For nylig fandt forskerne ud af, hvordan man kan eliminere sidste hårde metalkomponenter i bløde robotter. Hvor tidligere bløde robotter stadig har krævet komponenter som metalventiler, er denne seneste bløde robot kan fungere ved kun at bruge gummi og luft - med trykluft, der erstatter behovet for elektronisk indmad. På den måde integrerer den hukommelse og beslutningstagning direkte i sine bløde materialer ved hjælp af en slags digital logik-baseret blød computer.

"Disse tilstande af højtryk og lavtryk er analoge med et digitalt signal, med 1 lig med højtryk og 0 lig med lavtryk." Philipp Rothemund, forklarede en af ​​forskerne på projektet for os. “Typisk foregår styringen af ​​bløde robotter med elektroniske controllere og ved hjælp af hårde ventiler, hvilket resulterer i hårde/bløde hybridrobotter. Vores bløde computer tillader integration af kompleks kontrol direkte i strukturen af ​​en blød robot."

Alt dette er stadig på et relativt tidligt stadie, men det demonstrerer den hurtige verden af ​​blød robotteknologi: halter et halvt århundrede efter sin hårdere pendant, men gør hastigt sit bedste for at fange op. Det ser også ud til at virke. Ud over de allerede nævnte applikationer, bløde robotgribere bliver nu brugt på samlebånd på grund af deres evne til at interagere med genstande uden potentiale for at beskadige dem.

Som Giada Gerboni bemærker, er det imidlertid en fejl at se blød robotteknologi som værende i konflikt med traditionelle hårde robotter.

"Jeg vil ikke sige, at bløde robotter er bedre, men det er kun en klasse af robotter - eller en måde at lave robotter på - som vi ikke kan undgå at overveje længere," sagde hun. “Bløde robotter har allerede vist sig at have et stort potentiale i navigationsopgaver, fordi de kan artikulere deres krop let, og deres navigation kompromitteres ikke af pludselige kontakter med ukendte genstande. Men når det kommer til en anden meget almindelig opgave for robotter som manipulationsopgaver, så er det meget dårligt at have ikke-stive dele, fordi robotten kan [udøve meget lidt kraft, hvilket betyder, at den ikke kan løfte mange objekter.] På grund af den høje kropsfleksibilitet, frihedsgrader og begrænsede sensorintegration kan de heller ikke styres præcist, så de kan ikke udføre en meget præcis manipulation opgave."

Både hård og blød

I sidste ende, siger hun, vil den bedste måde at virkelig lave robotter, der vil være nyttige i vores liv, være at kombinere både hårdt og blødt: ligesom vi ser det med materialerne i naturen. "Bare se på mennesker," sagde hun. ”Det er perfekte robotmaskiner med bløde komponenter, men også stive strukturer og standardsamlinger. [De] kan udføre opgaver i forskellige sammenhænge, ​​men kan også være præcise og udøve kræfter.”

Nogle forskere har endda travlt med at udforske materialer, der gør det muligt for bløde robotter at stivne efter behov, eller også kombinere forskellige stivhedsmaterialer for at opnå både præcision og fingerfærdighed. Udtrykket "blød robot" har knapt eksisteret i et årti - men det er allerede ved at skabe en niche for sig selv. (Og også at finde vej til popkulturen: Tjek Baymax, den elskelige robot fra Disney's Big Hero 6.)

Når vi bevæger os mod en verden, hvor robotter er en del af vores hverdag, vil bløde robotter få større betydning end nogensinde. En ting er sikker: her i 2019 er ordet "robot" ikke længere synonymt med "metalmaskine."

Redaktørens anbefalinger

• Fremtiden for fremstilling: Et kig frem til den næste æra med at lave ting
• Omrejsende overvågningsrobotter kommer til vores byer. Heldigvis er de her for at hjælpe
• Mød Xenobots: Levende, biologiske maskiner, der kan revolutionere robotteknologi
• Smart dummies: Hvordan robotteknologi til tackling transformerer fodboldtræning
• De bedste robotter ved CES 2021