Zapomnij o metalu. Jeśli chodzi o roboty, przyszłość jest miękka i niepewna

Gdzieś w laboratorium coś się kręci. Jego robot węgorzowy, płynąc w milczeniu przez ogromny, zaciemniony zbiornik ze słoną wodą; jego rytmiczne, wstęgowe ruchy nawiązują do ruchów jego naturalnego odpowiednika. Czy jest to robot inspirowany ośmiornicą, wyglądający jak coś w stylu H.P. Lovecraft mógłby coś takiego wymyślić, gdyby urodził się 100 lat później i został robotykiem, a nie pisarzem horrorów?

Może to nic z tych. Może to miękki gumowy rękaw, owinięty wokół ludzkiego sercai regularne, uspokajające uciski, aby umożliwić mu dalsze bicie w obliczu niewydolności serca. Lub chwytak hydrożelowy który może wyciągnąć rękę i chwycić pływającą rybę, zabezpieczając ją bez ranienia. Lub. Lub. Lub.

Rzeczywistość jest taka, że ​​przykładów z rozwijającej się dziedziny robotyki miękkiej nie brakuje. Roboty te, będące jedną z najbardziej ekscytujących i szybko rozwijających się dziedzin badań nad robotyką, w niczym nie przypominają twardych, metalowych maszyn, jakie obiecała nam fantastyka naukowa. Wykonane są z gumowych materiałów. Są również znacznie tańsze w budowie, ważą znacznie mniej i oferują znacznie większą elastyczność i (być może wbrew intuicji, biorąc pod uwagę ich miękkie materiały) trwałość. Przy okazji zmieniają to, co uważamy za robota, i okazują się przy tym niezwykle przydatne.

Robot tysiąca zastosowań

Obecny wzrost liczby miękkich robotów w świecie zdominowanym wcześniej przez metal nie ujmuje niczego od bardziej tradycyjnych robotów budowanych przez firmy takie jak Boston Dynamics. Postępy w tradycyjnej robotyce twardej pozwoliły nam w ciągu ostatnich kilku lat stworzyć wszelkiego rodzaju wszechstronne maszyny, które są w stanie wykonać wszystko, od precyzyjnych prac montażowych na liniach produkcyjnych po wykonywanie tańców, pokazy parkouru lub nawet Przewroty w tył godne olimpiady. Ale te tradycyjne roboty nie nadają się do wszystkiego.

Świetnie radzą sobie z wykonywaniem tego samego zadania wiele razy z rzędu, co jest dokładnie tym, czego potrzeba, jeśli na przykład pomagają składać iPhone'y na przenośniku taśmowym w fabryce Foxconn. Ale usuń ich z domeny strukturalnej, w której są przyzwyczajeni do pracy, i nagle ich zadziwiająca precyzja może zniknąć w mgnieniu oka.

Jest to problematyczne z wielu powodów, między innymi dlatego, że roboty w coraz większym stopniu będą współpracować z ludźmi i innymi żywymi ludźmi. Może to oznaczać bezpośrednią współpracę z ludźmi jako współpracownikami. Może to również oznaczać jeszcze bliższy poziom interakcji, na przykład wspomniany robot, którego zadaniem jest utrzymanie bicia serca człowieka w obliczu możliwej niewydolności sercowo-naczyniowej. To właśnie te scenariusze po części doprowadziły do ​​rosnącej popularności miękkich robotów.

„[Jeszcze jedno] ekscytujące pole zastosowań robotyki miękkiej to sektor poszukiwawczo-ratowniczy” Giada Gerboni, stażysta podoktorski na Uniwersytecie Stanforda, który w zeszłym roku dał Rozmowa TED zatytułowany „Niesamowity potencjał elastycznych, miękkich robotów” – powiedział Digital Trends. „[W laboratorium, w którym pracuję], bardzo zmotywowany zespół współpracowników bada, w jaki sposób a miękki robot wyrastający z czubka – niczym roślina, a dokładniej winorośl – byłaby w stanie poruszać się po stanowiskach archeologicznych niedostępnych dla człowieka i pełne bardzo delikatnych artefaktów, lub do eksploracji delikatnych podziemnych siedlisk jakiegoś zagrożonego zwierzęcia gatunek."

Własne badania Gerboniego mają zastosowania medyczne. Obecnie pracuje nad elastycznymi robotami, które można wykorzystać jako narzędzia chirurgiczne umożliwiające dostęp do trudno dostępnych części ciała, podobnie jak miękkie roboty jej kolegów mogłyby pomóc w dostępie do odległych miejsc.

„Moja obecna praca w Stanford wykorzystuje elastyczną igłę, która może dotrzeć do zupełnie różnych części wątroby pojedynczy punkt wprowadzenia i może spalić guz – [niszcząc] komórki nowotworowe pod wpływem ciepła – końcówką” – kontynuowała. Sterowana igła nie jest tym, co moglibyśmy nazwać robotem, ale jest to jedna z możliwości, jakie otwierają miękkie roboty.

Pożegnanie metalu?

Szczególnie ekscytujące są najnowsze osiągnięcia w dziedzinie robotyki miękkiej. Niedawno naukowcy odkryli, jak wyeliminować ostatnie twarde, metalowe elementy w miękkich robotach. Tam, gdzie poprzednie miękkie roboty nadal wymagały komponentów, takich jak metalowe zawory, pojawił się najnowszy miękki robot może funkcjonować przy użyciu wyłącznie gumy i powietrza – przy czym sprężone powietrze zastępuje potrzebę stosowania elektroniki bebech. W ten sposób integruje pamięć i podejmowanie decyzji bezpośrednio w swoich miękkich materiałach, używając czegoś w rodzaju miękkiego komputera opartego na logice cyfrowej.

„Te stany wysokiego i niskiego ciśnienia są analogiczne do sygnału cyfrowego, gdzie 1 oznacza wysokie ciśnienie, a 0 oznacza niskie ciśnienie” Filipa Rothemunda, wyjaśnił nam jeden z badaczy biorących udział w projekcie. „Zazwyczaj sterowanie miękkimi robotami odbywa się za pomocą sterowników elektronicznych i twardych zaworów, w wyniku czego powstają roboty hybrydowe twarde/miękkie. Nasz miękki komputer umożliwia integrację złożonego sterowania bezpośrednio ze strukturą miękkiego robota.”

Wszystko to jest jeszcze na stosunkowo wczesnym etapie, ale pokazuje szybko zmieniający się świat softu robotyka: pozostaje pół wieku w tyle za swoim trudniejszym odpowiednikiem, ale pospiesznie robi wszystko, co w jego mocy, aby go złapać w górę. Wygląda na to, że to też działa. Oprócz wspomnianych już zastosowań, miękkie chwytaki robota są obecnie używane na liniach montażowych ze względu na ich zdolność do interakcji z obiektami bez ryzyka ich uszkodzenia.

Jak jednak zauważa Giada Gerboni, błędem jest postrzeganie miękkiej robotyki jako sprzecznej z tradycyjnymi twardymi robotami.

„Nie powiedziałabym, że miękkie roboty są lepsze, ale jest to tylko klasa robotów – lub sposób wykonywania robotyki – której nie możemy już unikać” – powiedziała. „Miękkie roboty pokazały już, że mają ogromny potencjał w zadaniach nawigacyjnych, ponieważ mogą łatwo artykułują swoje ciało, a ich nawigacja nie jest zakłócana przez nagłe kontakty z nieznanym obiekty. Ale jeśli chodzi o inne bardzo częste zadanie robotów, takie jak manipulacje, posiadanie niesztywnych części jest bardzo niekorzystne, ponieważ robot może [wywierać bardzo małą siłę, co oznacza, że ​​nie może podnosić wiele obiektów.] Ponadto, biorąc pod uwagę dużą elastyczność ciała, stopnie swobody i ograniczoną integrację czujników, nie można nimi precyzyjnie sterować, więc nie można nimi wykonywać bardzo precyzyjnych manipulacji zadanie."

Zarówno twarde, jak i miękkie

Ostatecznie, mówi, najlepszym sposobem na stworzenie robotów, które naprawdę przydadzą się w naszym życiu, będzie połączenie twardego i miękkiego: tak jak to widzimy w przypadku materiałów występujących w naturze. „Wystarczy spojrzeć na ludzi” – powiedziała. „Są to doskonałe roboty-maszyny z miękkimi komponentami, ale także sztywną konstrukcją i standardowymi przegubami. [Oni] potrafią wykonywać zadania w różnych kontekstach, ale potrafią też być precyzyjni i wywierać siłę”.

Niektórzy badacze są nawet zajęci badaniem materiałów, które pozwalają miękkim robotom usztywniać się na żądanie, lub łączą materiały o różnej sztywności, aby osiągnąć zarówno precyzję, jak i zręczność. Termin „miękki robot” istnieje zaledwie od dziesięciu lat, ale już znalazł dla siebie niszę. (I trafia także do popkultury: sprawdź Baymax, uroczego robota z Disneya Wielki bohater 6.)

W miarę zbliżania się do świata, w którym roboty są częścią naszego codziennego życia, roboty miękkie będą zyskiwać na znaczeniu bardziej niż kiedykolwiek. Jedno jest pewne: w 2019 roku słowo „robot” nie jest już synonimem „maszyny metalowej”.

Zalecenia redaktorów

• Przyszłość produkcji: spojrzenie w przyszłość na następną erę wytwarzania rzeczy
• Wędrujące boty monitorujące przybywają do naszych miast. Na szczęście są tutaj, aby pomóc
• Poznaj Xenoboty: żywe, biologiczne maszyny, które mogą zrewolucjonizować robotykę
• Inteligentne manekiny: jak technologia robotyki zmienia praktykę piłkarską
• Najlepsze roboty na targach CES 2021