Postępy w dziedzinie robotyki miękkiej mogą pewnego dnia umożliwić robotom pracę z ludźmi, pomagając im w podnoszeniu ciężkich przedmiotów lub usuwaniu ich z niebezpieczeństw. Jako krok w kierunku tej przyszłości, naukowcy z Uniwersytetu Stanforda opracowali nowy rodzaj miękkiego robota, który, zapożyczając funkcje z tradycyjnej robotyki, jest bezpieczny, a jednocześnie zachowuje zdolność do przemieszczania się i zmiany kształtu.

"Istotnym ograniczeniem większości miękkich robotów jest to, że muszą one być przymocowane do nieporęcznej sprężarki powietrza lub wetknięte w ścianę, co uniemożliwia im poruszanie się," powiedział Nathan Usevitch, absolwent inżynierii mechanicznej na Stanford. "Więc, zastanawialiśmy się: Co by było, gdybyśmy cały czas utrzymywali tę samą ilość powietrza w robocie?"

Od tego momentu naukowcy stworzyli miękkiego robota w ludzkiej skali, który może zmieniać swój kształt, pozwalając mu chwytać i obsługiwać obiekty oraz toczyć się w kontrolowanych kierunkach. Ich wynalazek opisany jest w artykule opublikowanym 18 marca w "Science Robotics".

"Swobodny opis tego robota, który daję ludziom, to Baymax z filmu Big Hero 6 mieszany z Transformersami. Innymi słowy, miękki, bezpieczny dla człowieka robot zmieszany z robotami, które mogą dramatycznie zmienić swój kształt", powiedział Usevitch.

Połączenie wielu robotów

Najprostszą wersją tego squishy robota jest nadmuchiwana rura, która przechodzi przez trzy małe maszyny, które ściskają ją w kształt trójkąta. Jedna maszyna trzyma dwa końce rury razem, a pozostałe dwa jeżdżą wzdłuż rury, zmieniając ogólny kształt robota poprzez przesuwanie jego narożników. Badacze nazywają go "robotem izoperymetrycznym", ponieważ, chociaż kształt zmienia się radykalnie, całkowita długość krawędzi - i ilość powietrza w środku - pozostaje taka sama.

Robot izoperymetryczny jest potomkiem trzech typów robotów: robotów miękkich, kratownicowych i robotów zbiorczych. Roboty miękkie są lekkie i zgodne z wymaganiami, roboty kratownicowe mają geometryczne kształty, które mogą zmieniać kształt, a roboty zbiorcze są małymi robotami, które współpracują ze sobą, co czyni je szczególnie silnymi w obliczu awarii pojedynczych części.

"Zasadniczo manipulujemy miękką strukturą za pomocą tradycyjnych silników", powiedział Sean Follmer, adiunkt w dziedzinie inżynierii mechanicznej i współtwórca pracy. "Stwarza to naprawdę interesującą klasę robotów, która łączy w sobie wiele zalet miękkich robotów z całą wiedzą, jaką posiadamy na temat bardziej klasycznych robotów".

Aby zrobić bardziej złożoną wersję robota, naukowcy po prostu przymocowują kilka trójkątów razem. Koordynując ruchy różnych silników, mogą one powodować różne zachowania robota, takie jak chwytanie piłki przez pochwycenie jej z trzech stron lub zmianę środka masy robota, aby się toczyć.

"Kluczowym zrozumieniem, które wypracowaliśmy, było to, że aby stworzyć ruch za pomocą dużego, miękkiego robota pneumatycznego, nie trzeba tak naprawdę pompować powietrza", powiedział Elliot Hawkes, adiunkt inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara i współtwórca pracy. "Możesz używać powietrza, które już masz i po prostu poruszać nim za pomocą tych prostych silników; ta metoda jest bardziej wydajna i pozwala naszemu robotowi poruszać się znacznie szybciej".

Z przestrzeni kosmicznej do Twojego salonu

Dziedzina miękkiej robotyki jest stosunkowo młoda, co oznacza, że ludzie wciąż znajdują najlepsze zastosowania dla tych nowych kreacji. Ich bezpieczna, ale wytrzymała miękkość może sprawić, że będą przydatne w domach i miejscach pracy, gdzie tradycyjne roboty mogą powodować urazy. Roboty Squishy są również atrakcyjne jako narzędzia do reagowania na katastrofy.

Inne ekscytujące możliwości robota izoperimetrycznego mogą leżeć poza planetą. "Ten robot może być naprawdę przydatny w eksploracji przestrzeni kosmicznej - zwłaszcza, że może być transportowany w małym opakowaniu, a następnie działa bez skrępowania po jego nadmuchaniu", powiedział Zachary Hammond, absolwent inżynierii mechanicznej w Stanford i współprowadzący autora referatu, z Usevitch. "Na innej planecie mógłby wykorzystać swoją zmieniającą kształt zdolność do przemierzania skomplikowanych środowisk, przeciskania się przez ciasne przestrzenie i rozprzestrzeniania się na przeszkodach."

Na razie naukowcy eksperymentują z różnymi kształtami dla swojego giętkiego robota i zastanawiają się, czy może on pływać w wodzie. Badają również jeszcze więcej nowych miękkich typów robotów, z których każdy ma swoje własne cechy i zalety.

"Te badania podkreślają siłę myślenia o tym, jak projektować i budować roboty w nowy sposób", powiedziała Allison Okamura, profesor inżynierii mechanicznej i współautorka artykułu. "Kreatywność projektowania robotów rozszerza się wraz z tym typem systemu i to jest coś, do czego naprawdę chcielibyśmy zachęcić w dziedzinie robotyki".

Mac Schwager, adiunkt aeronautyki i astronautyki w Stanford, jest również współautorem. Follmer i Okamura są członkami Stanford Bio-X. Okamura jest również członkiem Wu Tsai Neurosciences Institute.

Badania te zostały sfinansowane przez Narodową Fundację Nauki oraz Agencję Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony.