Pozabi na kovino. Ko gre za robote, je prihodnost mehka in mehka

Nekje v laboratoriju nekaj miga. To je robot jegulja, ki tiho plava skozi ogromen zatemnjen rezervoar slane vode; njegova ritmična, traku podobna gibanja, ki odmevajo z naravno dvojnico. Ali pa je robot, ki ga je navdihnila hobotnica, videti kot stvar H.P. Lovecraft bi morda sanjal, če bi se rodil 100 let pozneje in postal robotik namesto pisec grozljivk?

Mogoče ni ne eno ne drugo. Mogoče je mehak gumijast rokav, ovit okoli človeškega srca, in ga redno pomirjujoče stiskajte, da lahko še naprej bije kljub srčnemu popuščanju. ali a prijemalo za hidrogel ki lahko iztegne in zgrabi plavajočo ribo ter jo zavaruje, ne da bi jo poškodoval. oz. oz. oz.

Resničnost je taka, da primerov z rastočega področja mehke robotike ne manjka. Eno najbolj vznemirljivih, hitro razvijajočih se področij raziskav robotike, ti roboti ne spominjajo na trde, kovinske stroje, ki nam jih je obljubljala znanstvena fantastika. Izdelani so iz gumijastih materialov. Prav tako so veliko cenejši za izdelavo, tehtajo precej manj in ponujajo veliko večjo prilagodljivost in (morda nasprotno intuitivno, glede na njihove mehke materiale) vzdržljivost. V tem procesu spreminjajo to, kar si mislimo kot robota - in se pri tem izkažejo za izjemno uporabne.

Robot tisočih uporab

Trenutni porast mehkih robotov v svetu, v katerem je prej prevladovala kovina, ne odvzame ničesar bolj tradicionalnim robotom, ki jih izdelujejo podjetja, kot je Boston Dynamics. Napredek tradicionalne trde robotike nam je samo v zadnjih nekaj letih dal najrazličnejše vsestranske stroje, ki so sposobni opraviti vse, od finega sestavljanja na proizvodnih linijah do izvajanje plesov, prikazi parkourja ali celo Olimpijskih iger vredni prestopi nazaj. Toda ti tradicionalni roboti niso dobri za vse.

Odlični so pri opravljanju iste naloge večkrat zapored, kar je točno to, kar je potrebno, če na primer pomagajo sestavljati iPhone na tekočem traku v tovarni Foxconn. Toda odstranite jih iz strukturirane domene, v kateri so navajeni delati, in nenadoma lahko njihova osupljiva natančnost izgine v trenutku.

To je problematično zaradi najrazličnejših razlogov, nenazadnje zaradi dejstva, da bodo roboti vedno bolj delali skupaj z ljudmi in drugimi živimi ljudmi. To bi lahko pomenilo neposredno sodelovanje z ljudmi kot sodelavci. To bi lahko pomenilo tudi še tesnejšo raven interakcije, kot je na primer prej omenjeni robot, namenjen ohranjanju srčnega utripa osebe ob morebitni srčno-žilni odpovedi. Prav ti scenariji so deloma pripeljali do vse večje priljubljenosti mehkih robotov.

"[Še eno] razburljivo področje uporabe mehke robotike je sektor iskanja in reševanja," Giada Gerboni, podoktorski sodelavec na Univerzi Stanford, ki je lani dal TED pogovor z naslovom »Neverjeten potencial prilagodljivih, mehkih robotov« je povedal za Digital Trends. »[V laboratoriju, v katerem delam], je zelo motivirana ekipa kolegov, ki raziskuje, kako mehak robot, ki raste iz konice — kot rastlina, natančneje vinska trta — bi lahko krmarila po arheoloških najdiščih, ki so človeku nedostopna in polna zelo občutljivih artefaktov, ali za raziskovanje občutljivih podzemnih habitatov kakšne ogrožene živali vrste."

Gerbonijeve lastne raziskave se uporabljajo v medicini. Trenutno dela na prilagodljivih robotih, ki bi jih lahko uporabili kot kirurške instrumente za dostop do težko dostopnih delov telesa, tako kot bi mehki roboti njenih kolegov lahko pomagali pri dostopu do oddaljenih mest.

»Moje trenutno delo na Stanfordu uporablja upogljivo iglo, ki lahko doseže popolnoma drugačne dele jeter eno samo točko vstavljanja in lahko zažge tumor – [uniči] tumorske celice s toploto – s svojo konico,« je nadaljevala. Vodljiva igla ni tisto, kar bi si lahko predstavljali kot robota, vendar je ena od možnosti, ki jo odpirajo mehki roboti.

Adijo metal?

Najnovejši razvoj v mehki robotiki je še posebej vznemirljiv. Pred kratkim so raziskovalci ugotovili, kako odpraviti trajne trde kovinske komponente v mehkih robotih. Če so prejšnji mehki roboti še vedno zahtevali komponente, kot so kovinski ventili, ta najnovejši mehki robot lahko deluje samo z uporabo gume in zraka - s stisnjenim zrakom, ki nadomešča potrebo po elektroniki drobovje. Pri tem integrira spomin in sprejemanje odločitev neposredno v svoje mehke materiale z uporabo neke vrste mehkega računalnika, ki temelji na digitalni logiki.

"Ti stanji visokega in nizkega tlaka sta analogni digitalnemu signalu, pri čemer je 1 enako visokemu tlaku, 0 pa nizkemu tlaku," Filip Rothemund, nam je pojasnila ena od raziskovalk na projektu. »Navadno se krmiljenje mehkih robotov izvaja z elektronskimi krmilniki in z uporabo trdih ventilov, kar ima za posledico trde/mehke hibridne robote. Naš mehki računalnik omogoča integracijo kompleksnega nadzora neposredno v strukturo mehkega robota.«

Vse to je še vedno v razmeroma zgodnji fazi, vendar kaže na hitro premikajoči se svet mehkega robotika: pol stoletja zaostaja za težjim primerkom, a se naglo trudi, da bi jo ujela gor. Zdi se, da tudi deluje. Poleg že omenjenih aplikacij, mehka robotska prijemala se zdaj uporabljajo na tekočih trakovih zaradi njihove sposobnosti interakcije s predmeti, ne da bi jih lahko poškodovali.

Kot ugotavlja Giada Gerboni, pa je napačno gledati na mehko robotiko kot na nasprotje tradicionalnih trdih robotov.

"Ne bi rekla, da so mehki roboti boljši, vendar je le razred robotov - ali način dela robotike -, ki se mu ne moremo več izogniti," je dejala. »Mehki roboti so že dokazali, da imajo velik potencial pri navigacijskih nalogah, ker lahko zlahka artikulirajo svoje telo in njihova navigacija ni ogrožena zaradi nenadnih stikov z neznanim predmetov. Ko pa gre za še eno zelo običajno nalogo za robote, kot so naloge manipulacije, potem je imeti netoge dele zelo slabo, ker lahko robot [izvaja zelo malo sile, kar pomeni, da ne more dvigniti veliko predmetov.] Poleg tega jih glede na visoko prožnost telesa, stopnje svobode in omejeno integracijo senzorjev ni mogoče natančno nadzorovati, zato ne morejo izvajati zelo natančne manipulacije naloga.”

Tako trdo kot mehko

Navsezadnje pravi, da bo najboljši način za resnično izdelavo robotov, ki nam bodo uporabni v življenju, kombinacija trdega in mehkega: tako kot vidimo pri materialih, ki jih najdemo v naravi. "Samo poglejte ljudi," je rekla. »So popolni robotski stroji z mehkimi komponentami, a tudi togimi strukturami in standardnimi spoji. [Oni] lahko opravljajo naloge v različnih kontekstih, lahko pa so tudi natančni in izvajajo sile.«

Nekateri raziskovalci so celo zaposleni z raziskovanjem materialov, ki omogočajo mehkim robotom, da se na zahtevo utrdijo, ali pa kombinirajo materiale različnih togosti za doseganje tako natančnosti kot spretnosti. Izraz "mehki robot" obstaja komaj desetletje - vendar si že ustvarja nišo. (In našel pot tudi v pop kulturo: oglejte si Baymaxa, ljubkega robota iz Disneyjevega Veliki junak 6.)

Ko se približujemo svetu, v katerem so roboti del našega vsakdana, bodo mehki roboti prevzeli večji pomen kot kdaj koli prej. Nekaj ​​je gotovo: leta 2019 beseda "robot" ni več sinonim za "kovinski stroj".

Priporočila urednikov

• Prihodnost proizvodnje: pogled naprej v naslednjo dobo izdelovanja stvari
• Potepujoči nadzorni roboti prihajajo v naša mesta. Na srečo so tukaj, da pomagajo
• Spoznajte ksenobote: žive biološke stroje, ki bi lahko spremenili robotiko
• Pametne lutke: Kako robotska tehnologija spreminja nogometno prakso
• Najboljši roboti na CES 2021