Будущее - за мягкими роботами

При слове "робот" мечтатели и любители фантастики вспоминают, как правило, киноэпопею "Звездные войны" или повести Айзека Азимова, а реалистам и прагматикам чаще приходят на ум сборочные конвейеры автомобильных заводов или разного рода луноходы и марсоходы. Но о каких бы роботах ни шла речь, о промышленных, боевых, научно-исследовательских, спасательных или бытовых, все они представляются весьма прочными, преимущественно металлическими и уж, во всяком случае, твердыми устройствами. Между тем, возможны и совсем другие роботы - мягкие и эластичные, как резиновая губка. По крайней мере, именно над такими роботами трудятся сегодня инженеры в ряде экспериментальных лабораторий - например, в Гарвардском университете.

Силиконовые роботы с пневмомышцами

"Вот один из образцов наших мягких роботов, - говорит химик Стивен Моурин (Stephen Morin), научный сотрудник группы профессора Джорджа Уайтсайдса (George Whitesides). - Вы можете его потрогать и убедиться, что он совсем мягкий и эластичный". Образец, который ученый протягивает посетителям, с роботом никак не ассоциируется. Это некое изделие размером с ладонь, выполненное из силикона и формой напоминающее букву "Х". Никаких суставов, сочленений, электромоторов здесь нет и в помине - и, тем не менее, это изделие можно заставить двигаться, говорит ученый: "Используемый нами материал - это обычный эластомер, то есть высокоэластичный полимер. Ничего особенного в нем нет. Но мы изготовляем из него структуры необычной формы, способные выполнять сложные функции. А в движение мы приводим их сжатым воздухом".

Демонстрируемое гарвардским исследователем Х-образное изделие склеено из двух силиконовых половинок, отлитых в пластиковых формах. Но склеены эти половинки так, что между ними в определенных местах образовались пустоты, и эти воздушные камеры могут, словно надувные шарики, растягиваться под воздействием подаваемого по шлангам сжатого воздуха.

Фокусы на лабораторном столе

Благодаря пневматическим мышцам ученые имеют возможность управлять конечностями мягкого робота, контролируемо их изгибать. Стивен Моурин поясняет: "У нас тут имеется ряд автоматизированных вентилей, соединенных с баллоном со сжатым воздухом. Посредством этих вентилей компьютер регулирует давление в пяти шлангах, управляя тем самым пятью мышцами нашего робота. У робота по одной мышце в каждой из четырех конечностей и еще одна - в спине".

Ученый печатает приказы на клавиатуре компьютера, магнитные реле вентилей начинают щелкать, и Х-образное силиконовое изделие пробуждается к жизни. Прежде всего, мягкий робот слегка выгибает спину. А затем начинает медленно ползти вперед, поочередно передвигая конечности одну за другой. Происходит все это с черепашьей скоростью, зато силиконовый робот способен преодолевать такие препятствия, перед которыми любой твердый робот наверняка спасовал бы. В частности, Х-образное изделие Стивена Моурина умудрилось протиснуться сквозь щель, образованную поверхностью лабораторного стола и размещенной над ней стеклянной пластиной, хотя эта щель была уже, чем собственная высота робота при ходьбе. Этот фокус удался роботу потому, что он преодолевал препятствие волнообразными движениями - наподобие того, как протискивается в щель под забором кошка.

Быстро, эффективно и дешево

Еще одно преимущество мягких роботов - простота и дешевизна производства. Так, пластиковые формы для отливки силиконовых половинок гарвардские инженеры изготовили с помощью трехмерного принтера. Жидкий эластомер заливается в формы, выдерживается час при температуре 70 градусов Цельсия - и деталь готова. По словам Стивена Моурина, на то, чтобы изготовить оптимизированный опытный образец или такой же по конструкции, но вдвое больший по размерам прототип, уйдут не месяцы и даже не недели, а всего несколько дней: "В отличие от традиционного роботостроения, где приходится учитывать массу факторов, у нас все происходит быстро. Там надо решать уйму сложных конструкторских задач, выполнять уйму расчетов - и технического, и финансового характера, а любая ошибка обходится очень дорого. А с мягкими роботами вы можете сразу же реализовать и испытать любую идею. При этом ваши расходы остаются весьма скромными".

Хотя речь пока идет о сугубо фундаментальных исследованиях, у гарвардских ученых уже есть идеи касательно практического применения их детища. Скажем, промышленность испытывает острую потребность в манипуляторах, способных захватывать и перемещать, не разрушая, очень хрупкие объекты. Проведенные в Гарварде опыты с яйцом уже увенчались успехом.

О каких еще научных и технических проектах вы хотели бы прочитать на нашем сайте? Пишите нам по адресу: [email protected].