Это всего лишь одно возможное применение нового типа робота, созданного инженерами-механиками из Стэнфордского университета, подробно описанное в статье Science Robotics от 19 июня. Вдохновленные естественными организмами, которые преодолевают расстояния путем роста, такими как виноградные лозы, грибки и нервные клетки, исследователи доказали концепцию своего мягкого растущего робота и провели его через несколько сложных испытаний.
«По сути, мы пытаемся понять основы этого нового подхода к обеспечению мобильности или движения механизма», — объяснила Эллисон Окамура, профессор машиностроения и старший автор статьи. "Это очень, очень отличается от того, как животные или люди передвигаются по миру."
Чтобы исследовать, на что способен их робот, группа создала прототипы, которые преодолевают различные препятствия, движутся к намеченной цели и превращаются в отдельно стоящую конструкцию. По словам исследователей, этот робот может служить широкому кругу целей, особенно в области поиска и спасания и медицинских устройств.
Растущий робот
Основная идея этого робота проста. Это трубка из мягкого материала, сложенная внутрь себя, как носк, вывернутый наизнанку, который растет в одном направлении, когда материал в передней части трубки выворачивается, когда трубка становится лицевой стороной наружу. В прототипах материал представлял собой тонкий дешевый пластик, а корпус робота выворачивался, когда ученые закачивали сжатый воздух в неподвижный конец.
В других версиях жидкость могла заменить сжатый воздух.
Что делает эту конструкцию робота чрезвычайно полезной, так это то, что конструкция обеспечивает движение наконечника без движения тела.
«Тело удлиняется по мере того, как материал выходит из конца, но остальная часть тела не двигается», — объяснил Эллиот Хоукс, приглашенный доцент Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и ведущий автор статьи. "Тело может застрять в окружающей среде или застрять между камнями, но это не останавливает робота, потому что наконечник может продолжать двигаться по мере добавления нового материала в конец."
Группа проверила преимущества этого метода доставки робота из одного места в другое несколькими способами. Он вырос через полосу препятствий, где он преодолел липкую бумагу, липкий клей и гвозди и поднялся по ледяной стене, чтобы доставить датчик, который потенциально мог бы определять углекислый газ, производимый выжившими в ловушке.
Он успешно прошел этот курс, даже несмотря на то, что был проколот ногтями, потому что проколотая область не продолжала двигаться и, как следствие, самоуплотнялась, оставаясь на вершине гвоздя.
В других демонстрациях робот поднял 100-килограммовый ящик, вырос под дверным проемом, который составлял 10 процентов от его диаметра, и закручивался, образуя отдельно стоящую конструкцию, которая затем отправляла радиосигнал. Робот также маневрировал в пространстве над опущенным потолком, что показало, как он может преодолевать неизвестные препятствия, как этому роботу, возможно, придется делать в стенах, под дорогами или внутри труб.
Кроме того, он протянул кабель через свое тело, пока рос над подвесным потолком, предлагая новый метод прокладки проводов в ограниченном пространстве.
Сложная среда
«Мы фокусируемся на приложениях, в которых робот движется в сложной среде, где функции непредсказуемы и есть неизвестные пространства», — сказала Лаура Блюменшайн, аспирантка лаборатории Окамуры и соавтор статьи. "Если вы можете поместить робота в такую среду и на него не влияют препятствия во время движения, вам не нужно беспокоиться о том, что он будет поврежден или застрянет во время исследования."
Некоторые итерации этих роботов включали систему управления, которая по-разному раздувала тело, что заставляло робота поворачиваться вправо или влево.
Исследователи разработали программную систему, которая основывала решения о направлении на изображениях, поступающих с камеры на конце робота.
Основным преимуществом мягких роботов является то, что они могут быть безопаснее жестких, жестких роботов не только потому, что они мягкие, но и потому, что они часто легкие. Это особенно полезно в ситуациях, когда робот может перемещаться в непосредственной близости с человеком. Еще одно преимущество этого робота заключается в том, что он гибок и может двигаться по сложным маршрутам.
Однако это также создает некоторые проблемы.
Джои Грир, аспирант лаборатории Окамуры и соавтор статьи, сказал, что для управления роботом требуется точная модель его движения, которую сложно создать для мягкого робота.
Для сравнения, жестких роботов намного проще моделировать и управлять ими, но они непригодны для использования во многих ситуациях, когда необходимы гибкость или безопасность. "Кроме того, использование камеры для направления робота к цели является сложной проблемой, потому что изображения с камеры должны обрабатываться с той скоростью, с которой они создаются. Много работы было потрачено на разработку алгоритмов, которые работали быстро и давали результаты, достаточно точные для управления мягким роботом », — сказал Грир.
Большой и маленький
В том виде, в каком он существует сейчас, ученые построили прототип вручную, и он приводится в действие за счет пневматического давления воздуха. В будущем исследователи хотели бы создать версию, которая будет производиться автоматически. В будущих версиях может использоваться жидкость, которая может помочь доставлять воду людям, находящимся в труднодоступных местах, или тушить пожары в закрытых помещениях.
Они также изучают новые, более прочные материалы, такие как рип-стоп нейлон и кевлар.
Исследователи также надеются масштабировать робота намного больше и меньше, чтобы увидеть, как он работает. Они уже создали 1.8-миллиметровая версия и уверены, что маленькие растущие роботы могут улучшить медицинские процедуры.
Вместо трубки, проталкиваемой через тело, этот тип мягкого робота будет расти, не волоча за собой хрупкие конструкции.
Окамура является членом Stanford Bio-X и Стэнфордского института нейронаук.
Это исследование финансировалось Национальным научным фондом.