Забудьте о металле. Когда дело доходит до роботов, будущее мягкое и мягкое.

Где-то в лаборатории что-то извивается. Его угорь-робот, бесшумно плывущий через огромный затемненный резервуар с морской водой; его ритмичные, лентоподобные движения повторяют движения его естественного аналога. Или это робот, вдохновленный осьминогом, похожий на что-то вроде HP. Лавкрафт мог бы пофантазировать, если бы он родился на 100 лет позже и стал робототехником, а не писателем ужасов?

Возможно, это ни то, ни другое. Может быть, это мягкий резиновый рукав, окутанный человеческим сердцеми регулярно сжимать его, чтобы он мог продолжать биться, даже несмотря на сердечную недостаточность. Или гидрогелевый захват который может протянуть руку и схватить плывущую рыбу, закрепив ее, не повредив. Или. Или. Или.

Реальность такова, что в развивающейся области мягкой робототехники нет недостатка в примерах. Это одна из самых захватывающих и быстро развивающихся областей исследований в области робототехники. Эти роботы не похожи на твердые металлические машины, которые обещала нам научная фантастика. Они сделаны из резинового материала. Их также гораздо дешевле построить, они весят значительно меньше и предлагают гораздо большую гибкость и (возможно, это противоречит здравому смыслу, учитывая их мягкие материалы) долговечность. В процессе они меняют то, что мы думаем о роботах, и при этом доказывают свою огромную полезность.

Робот тысячи применений

Нынешний всплеск мягких роботов в мире, где раньше доминировал металл, не отнимает ничего у более традиционных роботов, создаваемых такими компаниями, как Boston Dynamics. Достижения в области традиционной робототехники только за последние несколько лет предоставили нам всевозможные универсальные машины, способные выполнять все: от тонкой сборки на производственных линиях до исполнение танцев, паркур-дисплеи или даже Сальто назад, достойное Олимпийских игр. Но эти традиционные роботы годятся не для всего.

Они отлично справляются с выполнением одной и той же задачи много раз подряд, а это именно то, что требуется, если, например, они помогают собирать iPhone на конвейере на заводе Foxconn. Но удалите их из структурированной области, в которой они привыкли работать, и внезапно их поразительная точность сможет исчезнуть в одно мгновение.

Это проблематично по разным причинам, не в последнюю очередь из-за того, что роботы все чаще будут работать вместе с людьми и другими живыми людьми. Это может означать прямую работу с людьми как с коллегами. Это также может означать еще более тесный уровень взаимодействия, как, например, вышеупомянутый робот, предназначенный для поддержания биения сердца человека перед лицом возможной сердечно-сосудистой недостаточности. Именно эти сценарии отчасти привели к росту популярности мягких роботов.

«[Еще одна] интересная область применения мягкой робототехники – это сектор поиска и спасения», Джада Гербони, научный сотрудник Стэнфордского университета, который в прошлом году дал ТЕД-выступление под названием «Невероятный потенциал гибких, мягких роботов», — рассказали Digital Trends. «[В лаборатории, в которой я работаю], есть очень мотивированная команда коллег, которая изучает, как мягкий робот, растущий из кончика — как растение или, точнее, виноградная лоза — сможет перемещаться по археологическим объектам, недоступным для человека. и полные очень деликатных артефактов, или исследовать деликатные подземные места обитания некоторых животных, находящихся под угрозой исчезновения. разновидность."

Собственные исследования Гербони имеют медицинское применение. В настоящее время она работает над гибкими роботами, которые можно было бы использовать в качестве хирургических инструментов для доступа к труднодоступным частям тела, точно так же, как мягкие роботы ее коллег могли бы помочь получить доступ к удаленным объектам.

«В моей нынешней работе в Стэнфорде используется гибкая игла, которая может достигать совершенно разных частей печени: от одна точка введения и может сжечь опухоль — [разрушая] опухолевые клетки под действием тепла — своим кончиком», — продолжила она. Управляемая игла — это не то, что мы можем назвать роботом, но это одна из возможностей, открываемых мягкими роботами.

Прощай, металл?

Последние разработки в области мягкой робототехники особенно интересны. Недавно исследователи выяснили, как устранить последние твердые металлические компоненты в мягких роботах. Если предыдущим мягким роботам все еще требовались такие компоненты, как металлические клапаны, то этот новейший мягкий робот может функционировать, используя только резину и воздух — воздух под давлением заменяет необходимость в электронной внутренности. При этом он интегрирует память и процесс принятия решений непосредственно в свои мягкие материалы, используя своего рода программный компьютер на основе цифровой логики.

«Эти состояния высокого и низкого давления аналогичны цифровому сигналу, где 1 соответствует высокому давлению, а 0 соответствует низкому давлению», Филипп Ротемунд- объяснил нам один из исследователей проекта. «Обычно управление мягкими роботами осуществляется с помощью электронных контроллеров и жестких клапанов, в результате чего создаются гибридные роботы с жесткими и мягкими функциями. Наш программный компьютер позволяет интегрировать комплексное управление непосредственно в структуру мягкого робота».

Все это все еще находится на относительно ранней стадии, но уже демонстрирует быстро меняющийся мир мягких технологий. робототехника: отстает на полвека от своего более сложного аналога, но торопится изо всех сил его догнать вверх. Кажется, это тоже работает. Помимо уже упомянутых приложений, мягкие захваты для роботов в настоящее время используются на сборочных линиях из-за их способности взаимодействовать с объектами без возможности их повреждения.

Однако, как отмечает Джада Гербони, было бы ошибкой рассматривать мягкую робототехнику как конфликтующую с традиционными жесткими роботами.

«Я бы не сказала, что мягкие роботы лучше, но это всего лишь класс роботов — или способ заниматься робототехникой — который мы больше не можем игнорировать», — сказала она. «Мягкие роботы уже продемонстрировали большой потенциал в навигационных задачах, поскольку они могут легко артикулировать свое тело, и их навигация не нарушается из-за резких контактов с неизвестными объекты. Но когда дело доходит до другой очень распространенной задачи роботов, такой как задачи манипулирования, то наличие нежестких частей очень плохо, потому что робот может [прилагать очень мало силы, а это означает, что он не может поднимать множество объектов.] Кроме того, учитывая высокую гибкость тела, степени свободы и ограниченную интеграцию датчиков, ими невозможно точно управлять, поэтому они не могут выполнять очень точные манипуляции. задача."

И твердый, и мягкий

В конечном счете, говорит она, лучший способ создать роботов, которые будут полезны в нашей жизни, — это объединить твердое и мягкое: точно так же, как мы видим это с материалами, встречающимися в природе. «Просто посмотрите на людей», — сказала она. «Это идеальные роботизированные машины с мягкими компонентами, но также с жесткой конструкцией и стандартными шарнирами. [Они] могут выполнять задачи в разных контекстах, но также могут быть точными и проявлять силу».

Некоторые исследователи даже заняты изучением материалов, которые позволяют мягким роботам придавать жесткость по требованию или комбинировать материалы с различной жесткостью для достижения точности и ловкости. Термин «мягкий робот» появился всего десять лет назад, но уже занял свою нишу. (А также найти свой путь в поп-культуре: обратите внимание на Бэймакса, милого робота из мультфильма Диснея). Большой герой 6.)

По мере того, как мы приближаемся к миру, в котором роботы являются частью нашей повседневной жизни, мягкие роботы приобретут большее значение, чем когда-либо. Одно можно сказать наверняка: здесь, в 2019 году, слово «робот» больше не является синонимом «металлической машины».

Рекомендации редакции

• Будущее производства: взгляд в следующую эпоху производства вещей
• В наши города приходят бродячие боты-наблюдатели. К счастью, они здесь, чтобы помочь
• Встречайте ксеноботов: живые биологические машины, которые могут совершить революцию в робототехнике
• Умные манекены: как роботизированная технология отбора мяча меняет футбольную практику
• Лучшие роботы на CES 2021