Glöm metall. När det kommer till robotar är framtiden mjuk och squishy

Någonstans i ett laboratorium är det något som slingrar sig. Dess en ålrobotsimmar tyst genom en enorm förmörkad saltvattentank; dess rytmiska, bandliknande rörelser som ekar med dess naturliga motsvarighet. Eller är det en bläckfisk-inspirerad robot, ser ut som en sådan H.P. Lovecraft hade kanske drömt om han hade fötts 100 år senare och blivit en robotist istället för en skräckförfattare?

Kanske är det ingen av dem. Kanske är det en mjuk gummiartad hylsa, virad runt ett mänskligt hjärta, och ger den regelbundna lugnande klämningar för att låta den fortsätta slå i ansiktet av hjärtsvikt. Eller a hydrogelgripare som kan sträcka ut handen och ta tag i en simmande fisk och säkra den utan att skada den. Eller. Eller. Eller.

Verkligheten är att det inte råder brist på exempel från det växande området mjuk robotik. Ett av de mest spännande, snabbutvecklande områdena inom robotikforskning, dessa robotar liknar inte de hårda, metalliska maskiner som science fiction lovade oss. De är gjorda av gummiartade material. De är också mycket billigare att bygga, väger betydligt mindre och erbjuder mycket mer flexibilitet och (kanske kontraintuitivt, med tanke på deras mjuka material) hållbarhet. I processen förändrar de vad vi tänker på som en robot - och visar sig vara oerhört användbara i processen.

Roboten av tusen användningar

Den nuvarande ökningen av mjuka robotar till en värld som tidigare dominerats av metall tar inte någonting ifrån de mer traditionella robotarna som byggs av företag som Boston Dynamics. Framsteg inom traditionell hård robotik har bara under de senaste åren gett oss alla möjliga mångsidiga maskiner som kan göra allt från fint monteringsarbete på produktionslinjer till framföra danser, parkour-skärmar eller ens OS-värdiga backflips. Men dessa traditionella robotar är inte bra för allt.

De är bra på att utföra samma uppgift många gånger i rad, vilket är precis vad som krävs om de till exempel hjälper till att sätta ihop iPhones på ett löpande band i en Foxconn-fabrik. Men ta bort dem från den strukturerade domänen som de är vana vid att arbeta i och plötsligt kan deras häpnadsväckande precision försvinna på ett ögonblick.

Detta är problematiskt av alla möjliga skäl, inte minst det faktum att robotar i allt högre grad kommer att arbeta tillsammans med människor och andra levande människor. Det kan innebära att man direkt arbetar med människor som kollegor. Det kan också innebära en ännu närmare nivå av interaktion, som den ovannämnda roboten som är avsedd att hålla en persons hjärta slå inför eventuell hjärt-kärlsvikt. Det är dessa scenarier som delvis har lett till den ökande populariteten för mjuka robotar.

"[Ett annat] spännande applikationsområde för mjuk robotik är inom sök- och räddningssektorn," Giada Gerboni, en postdoktor vid Stanford University, som förra året gav en TED Talk med titeln "Den otroliga potentialen hos flexibla, mjuka robotar", sa till Digital Trends. "[I labbet jag arbetar i] finns ett mycket motiverat team av kollegor som undersöker hur en mjuk robot som växer från spetsen - som en växt, eller mer specifikt en vinstock - skulle kunna navigera i arkeologiska platser som inte är tillgängliga för människor och full av mycket känsliga artefakter, eller för att utforska de ömtåliga underjordiska livsmiljöerna för något hotat djur arter."

Gerbonis egen forskning har medicinska tillämpningar. Hon arbetar för närvarande med flexibla robotar som kan användas som kirurgiska instrument för att komma åt svåråtkomliga delar av kroppen, precis som hennes kollegors mjuka robotar kan hjälpa till att komma åt avlägsna platser.

"Mitt nuvarande arbete i Stanford använder en flexibel nål som kan nå helt andra delar av levern från en enda insättningspunkt och kan bränna en tumör – [förstöra] tumörceller genom värme – med dess spets”, fortsatte hon. En styrbar nål är inte vad vi kan tänka oss som en robot, men det är en av möjligheterna som öppnas av mjuka robotar.

Farväl metall?

Den senaste utvecklingen inom mjuk robotik är särskilt spännande. Nyligen kom forskare på hur man kan eliminera sista hårda metallkomponenter i mjuka robotar. Där tidigare mjuka robotar fortfarande har krävt komponenter som metallventiler, denna senaste mjuka robot kan fungera med endast gummi och luft — med tryckluft som ersätter behovet av elektronisk inälvor. På så sätt integrerar den minne och beslutsfattande direkt i sina mjuka material, med hjälp av en slags digital logikbaserad mjukdator.

"Dessa tillstånd av högt tryck och lågt tryck är analoga med en digital signal, med 1 lika med högt tryck och 0 lika med lågtryck." Philipp Rothemund, förklarade en av forskarna i projektet för oss. "Typiskt görs styrningen av mjuka robotar med elektroniska styrenheter och med hjälp av hårda ventiler vilket resulterar i hårda/mjuka hybridrobotar. Vår mjuka dator tillåter integrering av komplex styrning direkt i strukturen av en mjuk robot.”

Allt detta är fortfarande i ett relativt tidigt skede, men det visar den snabbrörliga världen av mjuk robotik: ligger ett halvt sekel efter sin hårdare motsvarighet, men gör hastigt sitt bästa för att fånga upp. Det verkar också fungera. Utöver de redan nämnda applikationerna, mjuka robotgripare används nu på löpande band, på grund av deras förmåga att interagera med föremål utan risk för att skada dem.

Som Giada Gerboni noterar är det dock ett misstag att se mjuk robotik som en konflikt med traditionella hårda robotar.

"Jag skulle inte säga att mjuka robotar är bättre, men det är bara en klass av robotar - eller ett sätt att göra robotar - som vi inte kan undvika att överväga längre", sa hon. "Mjuka robotar har redan visat sig ha stor potential i navigeringsuppgifter eftersom de kan artikulera sin kropp lätt, och deras navigering äventyras inte av plötsliga kontakter med okända föremål. Men när det kommer till en annan mycket vanlig uppgift för robotar som manipulationsuppgifter, då är det mycket dåligt att ha icke-styva delar eftersom roboten kan [utöva väldigt lite kraft, vilket betyder att den inte kan lyfta många objekt.] Med tanke på den höga kroppsflexibiliteten, frihetsgraderna och den begränsade sensorintegrationen kan de inte kontrolleras exakt så att de inte kan utföra en mycket exakt manipulation uppgift."

Både hård och mjuk

I slutändan, säger hon, kommer det bästa sättet att verkligen göra robotar som kommer att vara användbara i våra liv att kombinera både hårt och mjukt: precis som vi ser med materialen som finns i naturen. "Se bara på människor," sa hon. ”De är perfekta robotmaskiner med mjuka komponenter, men också styva strukturer och standardskarvar. [De] kan utföra uppgifter i olika sammanhang, men kan också vara precisa och utöva krafter.”

Vissa forskare är till och med upptagna med att utforska material som gör att mjuka robotar kan stelna vid behov, eller så kombinerar de olika styvhetsmaterialen för att uppnå både precision och fingerfärdighet. Termen "mjuk robot" har knappt funnits på ett decennium - men den har redan skapat en nisch för sig själv. (Och att hitta in i popkulturen också: kolla in Baymax, den älskvärda roboten från Disney's Stor hjälte 6.)

När vi går mot en värld där robotar är en del av vår vardag, kommer mjuka robotar att få större betydelse än någonsin. En sak är säker: här 2019 är ordet "robot" inte längre synonymt med "metallmaskin."

Redaktörens rekommendationer

• Framtiden för tillverkning: En blick framåt mot nästa era att tillverka saker
• Roving övervakning bots kommer till våra städer. Som tur är är de här för att hjälpa
• Möt Xenobots: Levande, biologiska maskiner som kan revolutionera robotik
• Smarta dummies: Hur robotteknik för tackling förändrar fotbollsträning
• De bästa robotarna på CES 2021