Vergeet metaal. Als het om robots gaat, is de toekomst zacht en zacht

Ergens in een laboratorium kronkelt er iets. Zijn een palingrobot, geruisloos zwemmend door een enorme verduisterde zoutwatertank; zijn ritmische, lintachtige bewegingen weerspiegelen die van zijn natuurlijke tegenhanger. Of is het een op octopus geïnspireerde robot, ziet eruit als zoiets als H.P. Lovecraft had het misschien kunnen bedenken als hij honderd jaar later geboren was en een roboticus was geworden in plaats van een horrorschrijver?

Misschien is het geen van beide. Misschien is het een zachte, rubberachtige hoes, gewikkeld rond een menselijk hart, en geef hem regelmatig geruststellende knijpen zodat hij kan blijven kloppen ondanks hartfalen. Of een hydrogel-grijper die een zwemmende vis kan grijpen en vastzetten zonder hem pijn te doen. Of. Of. Of.

De realiteit is dat er geen tekort is aan voorbeelden uit het snelgroeiende veld van zachte robotica. Deze robots, een van de meest opwindende, snel ontwikkelende gebieden in het robotica-onderzoek, lijken niet op de harde, metalen machines die science fiction ons beloofde. Ze zijn gemaakt van rubberachtige materialen. Ze zijn ook veel goedkoper om te bouwen, wegen aanzienlijk minder en bieden veel meer flexibiliteit en (misschien contra-intuïtief, gezien hun zachte materialen) duurzaamheid. In dit proces veranderen ze wat we als robot beschouwen – en bewijzen ze dat ze enorm nuttig zijn in het proces.

De robot met duizend toepassingen

De huidige golf van zachte robots in een wereld die voorheen werd gedomineerd door metaal, doet niets af aan de meer traditionele robots die worden gebouwd door bedrijven als Boston Dynamics. De vooruitgang in de traditionele harde robotica heeft ons alleen al de afgelopen jaren allerlei veelzijdige machines opgeleverd die alles kunnen doen, van fijn assemblagewerk aan productielijnen tot dansen uitvoeren, parkour-vertoningen of zelfs Olympisch-waardige backflips. Maar deze traditionele robots zijn niet overal goed voor.

Ze zijn goed in het vele malen achter elkaar uitvoeren van dezelfde taak, en dat is precies wat nodig is als ze bijvoorbeeld helpen bij het in elkaar zetten van iPhones op een lopende band in een Foxconn-fabriek. Maar verwijder ze uit het gestructureerde domein waarin ze gewend zijn te werken en plotseling kan hun verbazingwekkende precisie dat wel verdwijnen in een oogwenk.

Dit is om allerlei redenen problematisch, niet in de laatste plaats omdat robots steeds vaker naast mensen en andere levende mensen gaan werken. Dit zou kunnen betekenen dat je rechtstreeks met mensen als collega's werkt. Het zou ook een nog nauwer niveau van interactie kunnen betekenen, zoals de bovengenoemde robot die bedoeld is om het hart van een persoon te laten kloppen in het geval van mogelijk cardiovasculair falen. Het zijn deze scenario’s die gedeeltelijk hebben geleid tot de toenemende populariteit van zachte robots.

"[Een ander] opwindend toepassingsgebied voor zachte robotica bevindt zich in de zoek- en reddingssector", Giada Gerboni, een postdoctorale kameraad aan de Universiteit van Stanford, die vorig jaar a. gaf TED-talk getiteld “Het ongelooflijke potentieel van flexibele, zachte robots”, vertelde Digital Trends. “[In het lab waarin ik werk] is er een zeer gemotiveerd team van collega’s dat onderzoekt hoe a zachte robot die vanaf de punt groeit – zoals een plant, of meer specifiek een wijnstok – in staat zou zijn om door archeologische vindplaatsen te navigeren die voor mensen ontoegankelijk zijn en vol met zeer delicate artefacten, of om de delicate ondergrondse habitats van een bedreigd dier te verkennen soort."

Gerboni’s eigen onderzoek kent medische toepassingen. Ze werkt momenteel aan flexibele robots die kunnen worden gebruikt als chirurgische instrumenten om toegang te krijgen tot moeilijk bereikbare delen van het lichaam, net zoals de zachte robots van haar collega's kunnen helpen toegang te krijgen tot afgelegen locaties.

“Mijn huidige werk in Stanford maakt gebruik van een flexibele naald die totaal verschillende delen van de lever kan bereiken een enkel inbrengpunt en kan met zijn punt een tumor verbranden – tumorcellen [vernietigen] door hitte –,” vervolgde ze. Een bestuurbare naald is niet wat we zouden kunnen zien als een robot, maar het is een van de mogelijkheden die zachte robots bieden.

Tot ziens metaal?

De nieuwste ontwikkeling op het gebied van zachte robotica is bijzonder spannend. Onlangs hebben onderzoekers ontdekt hoe ze deze kunnen elimineren laatste harde, metalen componenten in zachte robots. Waar eerdere zachte robots nog componenten zoals metalen kleppen nodig hadden, is deze nieuwste zachte robot kan functioneren met alleen rubber en lucht – waarbij perslucht de behoefte aan elektronica vervangt ingewanden. Daarbij integreert het geheugen en besluitvorming rechtstreeks in zijn zachte materialen, met behulp van een soort op digitale logica gebaseerde softcomputer.

“Deze toestanden van hoge druk en lage druk zijn analoog aan een digitaal signaal, waarbij 1 gelijk is aan hoge druk en 0 gelijk aan lage druk,” Philipp Rothemund, legde een van de onderzoekers van het project ons uit. “Normaal gesproken gebeurt de besturing van zachte robots met elektronische controllers en met behulp van harde kleppen, wat resulteert in hard/zacht hybride robots. Onze softcomputer maakt de integratie van complexe besturingen rechtstreeks in de structuur van een zachte robot mogelijk.”

Dit alles bevindt zich nog in een relatief vroeg stadium, maar het toont de snel veranderende wereld van soft aan robotica: loopt een halve eeuw achter op zijn hardere tegenhanger, maar doet haastig zijn best om deze te pakken te krijgen omhoog. Het lijkt ook te werken. Naast de reeds genoemde toepassingen, zachte robotgrijpers worden nu gebruikt op assemblagelijnen, vanwege hun vermogen om met objecten te communiceren zonder deze te beschadigen.

Zoals Giada Gerboni echter opmerkt, is het een vergissing om zachte robotica te beschouwen als strijdig met traditionele harde robots.

“Ik zou niet zeggen dat zachte robots beter zijn, maar het is slechts een klasse robots – of een manier om aan robotica te doen – die we niet meer kunnen vermijden”, zei ze. “Zachte robots hebben al aangetoond dat ze een groot potentieel hebben in navigatietaken, omdat ze dat kunnen articuleren hun lichaam gemakkelijk, en hun navigatie wordt niet aangetast door abrupte contacten met onbekenden voorwerpen. Maar als het gaat om een ​​andere veel voorkomende taak voor robots, zoals manipulatietaken, dan is het hebben van niet-stijve onderdelen erg slecht, omdat de robot zeer weinig kracht kan uitoefenen, wat betekent dat hij niet kan tillen. veel objecten.] Bovendien kunnen ze, gezien de hoge lichaamsflexibiliteit, de vrijheidsgraden en de beperkte sensorintegratie, niet nauwkeurig worden bestuurd, zodat ze geen zeer nauwkeurige manipulatie kunnen uitvoeren taak."

Zowel hard als zacht

Uiteindelijk, zegt ze, is de beste manier om robots te maken die nuttig zullen zijn in ons leven, het combineren van zowel hard als zacht: net zoals we zien met de materialen die in de natuur voorkomen. ‘Kijk maar naar mensen,’ zei ze. “Het zijn perfecte robotmachines met zachte componenten, maar ook stijve constructies en standaardverbindingen. [Ze] kunnen taken uitvoeren in verschillende contexten, maar kunnen ook nauwkeurig zijn en krachten uitoefenen.”

Sommige onderzoekers zijn zelfs druk bezig met het onderzoeken van materialen waarmee zachte robots op verzoek kunnen verstijven, of anders met het combineren van verschillende stijfheidsmaterialen om zowel precisie als behendigheid te bereiken. De term ‘zachte robot’ bestaat nog maar amper tien jaar, maar heeft nu al een niche voor zichzelf veroverd. (En ook zijn weg vinden naar de popcultuur: kijk eens naar Baymax, de lieve robot van Disney's Grote held 6.)

Terwijl we op weg zijn naar een wereld waarin robots deel uitmaken van ons dagelijks leven, zullen zachte robots steeds belangrijker worden dan ooit. Eén ding is zeker: anno 2019 is het woord ‘robot’ niet langer synoniem met ‘metaalmachine’.

Aanbevelingen van de redactie

• De toekomst van de productie: een vooruitblik op het volgende tijdperk van het maken van dingen
• Rondzwervende surveillancebots komen naar onze steden. Gelukkig zijn ze hier om te helpen
• Maak kennis met de Xenobots: levende, biologische machines die een revolutie teweeg kunnen brengen in de robotica
• Slimme dummies: hoe robottechnologie de voetbalpraktijk transformeert
• De beste robots op CES 2021