Забудьте про метал. Коли справа доходить до роботів, майбутнє м’яке та м’яке

Десь у лабораторії щось звивається. Його робот-вугор, безшумно пливучи крізь величезний затемнений резервуар із солоною водою; його ритмічні, стрічкоподібні рухи, що повторюють рухи його природного аналога. Або це ан робот, натхненний восьминогами, схожий на те, що H.P. Лавкрафт міг би мріяти, якби він народився 100 років потому і став робототехніком, а не письменником жахів?

Можливо, ні те, ні інше. Можливо, це м’який гумовий рукав, обгорнута навколо людського серця, і регулярно стискаючи його, щоб воно продовжувало битися в умовах серцевої недостатності. Або a гідрогелевий захват який може простягнути руку і схопити плаваючу рибу, закріпивши її, не завдавши їй шкоди. Або. Або. Або.

Реальність така, що не бракує прикладів у галузі м’якої робототехніки, що розвивається. Одна з найцікавіших галузей досліджень робототехніки, що швидко розвиваються, ці роботи не нагадують жорсткі металеві машини, які обіцяла нам наукова фантастика. Вони виготовлені з гумових матеріалів. Вони також набагато дешевші у виготовленні, значно менше важать і пропонують набагато більшу гнучкість і (можливо, нелогічно з огляду на їх м’які матеріали) довговічність. У процесі вони змінюють те, що ми думаємо про роботів — і доводять, що вони надзвичайно корисні в цьому процесі.

Робот тисячі застосувань

Сучасний сплеск м’яких роботів у світі, де раніше домінував метал, нічого не відмінює від більш традиційних роботів, створених такими компаніями, як Boston Dynamics. Удосконалення традиційної жорсткої робототехніки лише за останні кілька років дали нам різноманітні універсальні машини, здатні виконувати будь-яку роботу, від тонкого складання на виробничих лініях до виконання танців, покази паркуру або навіть Олімпійські сальто назад. Але ці традиційні роботи підходять не для всього.

Вони чудово виконують одне й те саме завдання багато разів поспіль, а це саме те, що потрібно, якщо, наприклад, вони допомагають складати iPhone на конвеєрі на заводі Foxconn. Але вилучіть їх із структурованого домену, в якому вони звикли працювати, і раптом їх дивовижна точність може зникають в одну мить.

Це проблематично з багатьох причин, не в останню чергу через те, що роботи все частіше працюватимуть поруч з людьми та іншими живими людьми. Це може означати пряму співпрацю з людьми як колегами. Це також може означати ще більш тісний рівень взаємодії, наприклад, вищезгаданий робот, призначений підтримувати серцебиття людини перед обличчям можливої ​​серцево-судинної недостатності. Саме ці сценарії частково призвели до зростання популярності програмних роботів.

«[Ще одне] захоплююче поле застосування м’якої робототехніки — пошуково-рятувальний сектор», Гіада Джербоні, постдокторант Стенфордського університету, який минулого року дав а TED Talk під назвою «Неймовірний потенціал гнучких м’яких роботів», — розповіли Digital Trends. «[У лабораторії, в якій я працюю], є дуже мотивована команда колег, які досліджують, як м'який робот, який росте з кінчика — як рослина, точніше виноградна лоза — зможе орієнтуватися в місцях археологічних розкопок, недоступних для людей і сповнений дуже делікатних артефактів, або досліджувати делікатні підземні середовища проживання деяких тварин, що знаходяться під загрозою зникнення види».

Власне дослідження Джербоні має медичне застосування. Зараз вона працює над гнучкими роботами, які можна використовувати як хірургічні інструменти для доступу до важкодоступних частин тіла, так само, як м’які роботи її колег могли б допомогти отримати доступ до віддалених сайтів.

«У моїй поточній роботі в Стенфорді використовується гнучка голка, яка може досягати зовсім інших частин печінки єдина точка введення і може спалити пухлину — [руйнуючи] пухлинні клітини за допомогою тепла — своїм кінчиком», — продовжила вона. Керована голка — це не те, що ми можемо вважати роботом, але це одна з можливостей, які відкривають м’які роботи.

До побачення метал?

Остання розробка м’якої робототехніки особливо захоплююча. Нещодавно дослідники придумали, як усунути останні тверді металеві компоненти в м’яких роботах. Там, де попередні м’які роботи все ще вимагали таких компонентів, як металеві клапани, цей останній м’який робот може функціонувати, використовуючи лише гуму та повітря — стиснене повітря замінює потребу в електроніці нутрощі. Роблячи це, він інтегрує пам’ять і прийняття рішень безпосередньо у свої м’які матеріали, використовуючи своєрідний цифровий комп’ютер на основі логіки.

«Ці стани високого та низького тиску аналогічні цифровому сигналу, де 1 дорівнює високому тиску, а 0 — низькому». Філіп Ротемунд, один із дослідників проекту, пояснив нам. «Як правило, керування м’якими роботами здійснюється за допомогою електронних контролерів із використанням жорстких клапанів, що призводить до створення жорстких/м’яких гібридних роботів. Наш програмний комп’ютер дозволяє інтегрувати складний контроль безпосередньо в структуру програмного робота».

Все це ще на відносно ранній стадії, але демонструє швидкоплинний світ софта робототехніка: відстає на півстоліття від свого важчого аналога, але поспішно робить усе можливе, щоб зловити вгору. Здається, теж працює. На додаток до вже згаданих програм, м'які робот-захвати тепер використовуються на конвеєрах завдяки їхній здатності взаємодіяти з об’єктами без потенціалу їх пошкодження.

Однак, як зазначає Джіада Гербоні, помилково розглядати м’яку робототехніку як таку, що суперечить традиційним жорстким роботам.

«Я б не сказала, що програмні роботи кращі, але це лише клас роботів — або спосіб створення роботизації — який ми не можемо більше не розглядати», — сказала вона. «М’які роботи вже продемонстрували, що мають великий потенціал у навігаційних завданнях, тому що вони можуть легко артикулюють своє тіло, і їхня навігація не порушується раптовими контактами з невідомими об'єктів. Але коли йдеться про інше дуже поширене завдання для роботів, як-от завдання маніпуляції, то мати нежорсткі частини дуже погано, тому що робот може [прикладати дуже невелику силу, тобто він не може піднімати багато об’єктів.] Крім того, враховуючи високу гнучкість тіла, ступінь свободи та обмежену інтеграцію датчиків, ними неможливо точно керувати, тому вони не можуть виконувати дуже точні маніпуляції завдання».

І тверді, і м'які

Зрештою, каже вона, найкращим способом справді створити роботів, які будуть корисними в нашому житті, буде поєднання твердого та м’якого: так само, як ми бачимо з матеріалами, знайденими в природі. «Просто подивіться на людей», — сказала вона. «Це ідеальні роботизовані машини з м’якими компонентами, а також жорсткими конструкціями та стандартними з’єднаннями. [Вони] можуть виконувати завдання в різних контекстах, але також можуть бути точними та докладати сили».

Деякі дослідники навіть зайняті дослідженням матеріалів, які дозволяють м’яким роботам ставати жорсткішими за потреби, або поєднувати матеріали різної жорсткості для досягнення як точності, так і спритності. Термін «м’який робот» існує лише десять років, але він уже займає для себе нішу. (А також знайшов свій шлях у поп-культуру: подивіться на Baymax, милого робота від Діснея Великий герой 6.)

Оскільки ми рухаємося до світу, в якому роботи є частиною нашого повсякденного життя, м’які роботи набудуть більшого значення, ніж будь-коли. Одне можна сказати точно: у 2019 році слово «робот» більше не є синонімом «металевої машини».

Рекомендації редакції

• Майбутнє виробництва: погляд уперед до наступної ери створення речей
• До наших міст приходять мандрівні боти-спостереження. На щастя, вони тут, щоб допомогти
• Зустрічайте ксеноботів: живі біологічні машини, які можуть зробити революцію в робототехніці
• Розумні манекени: як роботизована технологія зміни футбольної практики
• Найкращі роботи на CES 2021