Unusta metall. Mis puutub robotitesse, siis tulevik on pehme ja priske

Kuskil laboris midagi sipleb. See on angerjarobot, ujudes vaikselt läbi tohutu pimendatud soolase veepaagi; selle rütmilised linditaolised liigutused, mis kajastuvad selle loomuliku vastega. Või on see an kaheksajalast inspireeritud robot, näeb välja selline asi, mida H.P. Lovecraft oleks võinud unistada, kui ta oleks sündinud 100 aastat hiljem ja temast oleks saanud õuduskirjaniku asemel robotist?

Võib-olla pole see kumbki neist. Võib-olla on see pehme kummist varrukas, mässitud ümber inimese südameja seda regulaarselt rahustavalt pigistades, et see saaks südamepuudulikkuse korral peksmist jätkata. Või a hüdrogeeli haarats mis võib ulatuda ja haarata ujuva kala, kinnitades seda ilma, et see kahjustaks. Või. Või. Või.

Reaalsus on see, et näiteid kasvavast pehme robootika valdkonnast ei puudu. Robootikauuringute üks põnevamaid ja kiiremini arenevaid valdkondi, need robotid ei meenuta kõvasid metallist masinaid, mida ulme meile lubas. Need on valmistatud kummist materjalidest. Neid on ka palju odavam ehitada, need kaaluvad tunduvalt vähem ja pakuvad palju rohkem paindlikkust ja (võib-olla vastupidiselt, arvestades nende pehmeid materjale) vastupidavust. Selle käigus muudavad nad seda, mida me robotina peame – ja osutuvad selles protsessis tohutult kasulikuks.

Tuhande kasutusega robot

Praegune pehmete robotite tõus maailma, kus varem domineeris metall, ei võta midagi ära traditsioonilisematelt robotitelt, mida ehitavad sellised ettevõtted nagu Boston Dynamics. Traditsioonilise kõva robootika edusammud on ainuüksi viimastel aastatel andnud meile kõikvõimalikke mitmekülgseid masinaid, mis suudavad teha kõike alates peenest montaažitööst tootmisliinidel kuni tantsude esitamine, parkour väljapanekud või isegi Olümpia väärilised tagasilöögid. Kuid need traditsioonilised robotid ei ole kõige jaoks head.

Nad saavad suurepäraselt hakkama sama ülesandega mitu korda järjest, mis on täpselt see, mida on vaja, kui nad näiteks aitavad Foxconni tehases konveieril iPhone'e kokku panna. Kuid eemaldage need struktureeritud domeenist, kus nad on harjunud töötama, ja äkki saab nende hämmastav täpsus hakkama hetkega kaovad.

See on problemaatiline kõikvõimalikel põhjustel, sealhulgas asjaolul, et üha enam hakkavad robotid töötama koos inimeste ja teiste elavate inimestega. See võib tähendada otsest koostööd inimestega kolleegidena. See võib tähendada ka veelgi tihedamat suhtlemise taset, näiteks ülalmainitud robot, mille eesmärk on hoida inimese südant võimaliku kardiovaskulaarse puudulikkuse korral. Need stsenaariumid on osaliselt viinud pehmete robotite populaarsuse suurenemiseni.

"[Veel üks] põnev rakendusvaldkond pehme robootika jaoks on otsingu- ja päästesektoris," Giada Gerboni, Stanfordi ülikooli järeldoktorant, kes eelmisel aastal andis a TED-i kõne pealkirjaga "Paindlike ja pehmete robotite uskumatu potentsiaal," ütles Digital Trends. „[Laboris, kus ma töötan] on väga motiveeritud kolleegide meeskond, kes uurib, kuidas pehme robot, mis kasvab tipust - nagu taim või täpsemalt viinapuu - suudaks liikuda arheoloogilistes paikades, kuhu inimesed ei pääse ligi ja täis väga õrnu esemeid või mõne ohustatud looma õrnade maa-aluste elupaikade uurimiseks liigid."

Gerboni enda uuringutel on meditsiinilisi rakendusi. Ta töötab praegu paindlike robotite kallal, mida saaks kasutada kirurgiliste instrumentidena, et pääseda ligi raskesti ligipääsetavatele kehaosadele, nagu ka tema kolleegide pehmed robotid saaksid aidata ligipääsu kaugematele kohtadele.

"Minu praegune töö Stanfordis kasutab painduvat nõela, mis võib ulatuda täiesti erinevatesse maksa osadesse ühest sisestuspunktist ja võib selle otsaga põletada kasvajat – [hävitades] kasvajarakud kuumusega,” jätkas ta. Juhitav nõel ei ole see, mida võiksime robotina pidada, kuid see on üks pehmete robotite avanevatest võimalustest.

Hüvasti metall?

Eriti põnev on pehme robootika uusim areng. Hiljuti leidsid teadlased, kuidas kõrvaldada kestavad kõvad, metallist komponendid pehmetes robotites. Kui varasemad pehmed robotid on endiselt nõudnud selliseid komponente nagu metallventiilid, siis see uusim pehme robot saab töötada ainult kummi ja õhuga – surveõhuga asendades vajaduse elektroonika järele sisikond. Seejuures integreerib see mälu ja otsuste tegemise otse oma pehmetesse materjalidesse, kasutades omamoodi digitaalsel loogikal põhinevat pehmet arvutit.

"Need kõrge ja madala rõhu olekud on analoogsed digitaalsignaaliga, kus 1 võrdub kõrge rõhuga ja 0 madala rõhuga." Philipp Rothmund, selgitas meile üks projekti uurijatest. "Tavaliselt toimub pehmete robotite juhtimine elektrooniliste kontrolleritega ja kõvade klappidega, mille tulemuseks on kõvad/pehmed hübriidrobotid. Meie pehme arvuti võimaldab integreerida keeruka juhtimise otse pehme roboti struktuuri.

Kõik see on veel suhteliselt varajases staadiumis, kuid see demonstreerib pehme maailma kiiresti arenevat robootika: jääb raskemast kolleegist pool sajandit maha, kuid annab kiirustades endast parima, et püüda üles. Tundub, et see ka töötab. Lisaks juba mainitud rakendustele pehmed robothaaratsid Neid kasutatakse nüüd koosteliinidel, kuna need suudavad suhelda objektidega, ilma et need kahjustaksid.

Nagu Giada Gerboni märgib, on viga pidada pehmet robootikat traditsiooniliste kõvade robotitega vastuolus olevaks.

"Ma ei ütleks, et pehmed robotid on paremad, kuid see on ainult robotite klass - või viis robootika tegemiseks -, mida me ei saa enam arvesse võtta," ütles ta. „Pehmetel robotitel on navigatsiooniülesannete täitmisel juba suur potentsiaal, sest nad saavad seda teha liigendavad oma keha hõlpsalt ja nende navigeerimist ei kahjusta järsud kontaktid tundmatuga objektid. Aga kui rääkida veel ühest robotite jaoks väga levinud ülesandest, nagu manipuleerimisülesanded, siis on mittejäikade osade omamine väga halb, sest robot võib [rajutada väga vähe jõudu, mis tähendab, et ta ei saa tõsta. Paljud objektid.] Arvestades keha suurt painduvust, vabadusastmeid ja piiratud andurite integreerimist, ei saa neid täpselt juhtida, mistõttu ei saa neid väga täpselt manipuleerida. ülesanne."

Nii kõvad kui pehmed

Lõppkokkuvõttes ütleb ta, et parim viis meie elus kasulike robotite valmistamiseks on ühendada nii kõvad kui ka pehmed: täpselt nii, nagu me näeme looduses leiduvate materjalide puhul. "Vaadake lihtsalt inimesi," ütles ta. "Need on täiuslikud robotmasinad, millel on pehmed komponendid, aga ka jäigad konstruktsioonid ja standardsed liigendid. [Nad] võivad täita ülesandeid erinevates kontekstides, kuid võivad olla ka täpsed ja avaldada jõudu.

Mõned teadlased on isegi hõivatud materjalide uurimisega, mis võimaldavad pehmetel robotitel nõudmisel jäigastuda või kombineerida erinevaid jäikusmaterjale, et saavutada nii täpsust kui ka osavust. Mõistet "pehme robot" on kasutatud vaevalt kümme aastat, kuid see loob juba endale niši. (Ja ka popkultuuri tee leidmine: vaadake Baymaxi, Disney armastusväärset robotit Suur kangelane 6.)

Liikudes maailma poole, kus robotid on osa meie igapäevaelust, omandavad pehmed robotid suurema tähtsuse kui kunagi varem. Üks on kindel: 2019. aastal pole sõna "robot" enam "metallimasina" sünonüüm.

Toimetajate soovitused

• Tootmise tulevik: pilk ette järgmisse asjade valmistamise ajastusse
• Meie linnadesse on tulemas liikuvad jälgimisbotid. Õnneks on nad siin, et aidata
• Tutvuge Xenobotidega: elusad bioloogilised masinad, mis võivad robootikas revolutsiooni teha
• Nutikad mannekeenid: kuidas robotitehnika muudab jalgpallipraktikat
• CES 2021 parimad robotid