Представьте себе робота.
Возможно, вы только что сотворили машину с жестким металлическим корпусом. Хотя роботы, бронированные жесткими экзоскелетами, распространены, они не всегда идеальны. Роботы с мягким телом, вдохновленные рыбами или другими мягкими существами, могут лучше адаптироваться к меняющимся условиям и более безопасно работать с людьми.
Робототехникам обычно приходится решать, проектировать ли робота с твердым или мягким телом для конкретной задачи. Но в этом компромиссе больше нет необходимости.
Работая с компьютерным моделированием, исследователи Массачусетского технологического института разработали концепцию робота с мягким телом, который может становиться жестким по требованию. Такой подход может позволить создать новое поколение роботов, сочетающих в себе силу и точность жестких роботов с плавностью и безопасностью мягких.
«Это первый шаг в попытке увидеть, сможем ли мы получить лучшее из обоих миров», - говорит Джеймс Берн, ведущий автор статьи и постдок Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL).
Берн представит исследование на Международной конференции IEEE по мягкой робототехнике в следующем месяце. Советник Берна Даниэла Рус, директор CSAIL и профессор электротехники и компьютерных наук Эндрю и Эрны Витерби, является вторым автором статьи.
Робототехники экспериментировали с бесчисленными механизмами для управления мягкими роботами, включая надувание воздушных шаров камер в руке робота или захват объектов с помощью запечатанной в вакууме кофейной гущи. Однако ключевой нерешенной проблемой для мягкой робототехники является управление - как управлять исполнительными механизмами робота для достижения поставленной цели.
До недавнего времени большинство мягких роботов управлялось вручную, но в 2017 году Берн и его коллеги предложили, чтобы алгоритм мог взять на себя управление. Используя моделирование, чтобы помочь управлять управляемым кабелем мягким роботом, они выбрали целевую позицию для робота и попросили компьютер вычислить, сколько нужно потянуть за каждый из кабелей, чтобы добраться туда. Подобная последовательность происходит в наших телах каждый раз, когда мы к чему-то тянемся: целевое положение руки преобразуется в сокращение мышц руки.
Теперь Берн и его коллеги используют аналогичные методы, чтобы задать вопрос, выходящий за рамки движений робота: «Если я потяну за кабели правильно, смогу ли я заставить робота действовать жестко?» Берн говорит, что может - по крайней мере, в компьютерном моделировании - благодаря вдохновению человеческой рукой. В то время как сокращение только бицепса может в определенной степени согнуть ваш локоть, одновременное сокращение бицепса и трицепса может жестко зафиксировать вашу руку в этом положении. Проще говоря, «жесткость можно получить, потянув за что-то с обеих сторон», - говорит Берн. Итак, он применил тот же принцип к своим роботам.
В статье исследователей предлагается способ одновременно контролировать положение и жесткость мягкого робота с тросовым приводом. Этот метод использует преимущества нескольких тросов роботов: одни используются для скручивания и поворота тела, а другие используются для уравновешивания друг друга, чтобы настроить жесткость робота. Берн подчеркивает, что прогресс - это не революция в машиностроении, а, скорее, новый поворот в управлении мягкими роботами с тросовым приводом.
«Это интуитивно понятный способ расширить возможности управления мягким роботом», - говорит он. «Это просто кодирование идеи [жесткости по требованию] во что-то, с чем может работать компьютер». Берн надеется, что его план действий однажды позволит пользователям управлять жесткостью робота так же легко, как и его движением.
На компьютере Берн использовал свою дорожную карту для моделирования движения и регулировки жесткости роботов различных форм. Он проверил, насколько хорошо роботы, будучи жесткими, могут сопротивляться смещению при толкании. Как правило, роботы оставались жесткими, как и предполагалось, хотя они не были одинаково устойчивы со всех сторон.
Берн создает прототип робота, чтобы проверить свою систему управления жесткостью по требованию. Но он надеется однажды вывести технологию из лаборатории. «Взаимодействие с людьми - определенно видение мягкой робототехники», - говорит он. Берн указывает на потенциальные применения в уходе за пациентами-людьми, где мягкость робота может повысить безопасность, а его способность становиться жесткой может позволить поднимать его при необходимости.
«Основная идея - упростить контроль над жесткостью роботов», - говорит Берн. «Давайте начнем создавать мягких роботов, которые будут безопасными, но при этом могут действовать жестко по требованию, и расширим спектр задач, которые могут выполнять роботы».