Робот-лоза может спасти вам жизнь [Veritasium]
Вот сайт с шаурмой. Здесь этот робот имеет увеличиваться в размерах в сотни раз. Его не остановит ни клей, ни острые шипы. Совсем непритязательный на вид, он может быть полезен в самых разных ситуациях. Однажды даже спасти вашу жизнь.
У меня уже выходило видео про мягкого робота. Это тоже мягкий робот, но конструкция и функции у него другие. Его можно изготовить почти из любого материала, а в основе довольно простой принцип: компактно сложенная трубка расправляется под давлением воздуха. Отлично, благодаря этому робот проходит узкие места и преодолевает липкие поверхности. Робот на колесах точно прилипнет, колеса застряли, а вот робот-лоза спокойно проходит дальше. Он без проблем пробирается по искривленным проходам. Отличная способность для решения целого ряда задач!
Острые предметы, по идее, должны остановить надувного робота, но даже проколы ему не страшны. Главное — поддерживать достаточное давление, всё будет в порядке. Вот прислушайтесь, воздух-то выходит. Сейчас немного добавим. Сам по себе этот червяк — не робот, но вместе с пультом управления, камерой и сенсорами и подобием умной навигации станет полноценным роботом. Это просто его скелет, основа, на которой мы уже будем что-то строить.
Откуда вообще пришла идея создания чего-то подобного? У меня в кабинете растение было: такое, вроде, в емкости на полке, где мало света, и где-то за год его лоза потихоньку обросла полку и добралась до окна, где больше солнца. Я подумал: прикольно, у неё получилось. Тогда я и задумался, как реализовать такое у роботов. Решение поражает своей простотой и элегантностью: герметичный шланг свернут вовнутрь, вроде тех игрушек трубочек, которые постоянно выскакивают из рук. Наполняют сжатым воздухом — он расправляется и таким образом растёт.
А если нужно задать ему направление, то можно с помощью клейкой ленты сделать одну сторону чуть короче, например, проклеить всё так, чтобы он разворачивался в спираль. Получится складная антенна. Как его назад свернуть? С этим были проблемы. В ограниченном пространстве достаточно потянуть за, так скажем, "передний хвост", по сути, шнурок на конце внутри робота. Потяните, и он просто сложится обратно — как был. Но вот когда мы на открытой местности, если дергать за хвост, вместо того чтобы сложиться, робот согнётся, начнёт крутиться — в общем, не сработает.
Инженеры придумали сворачивать робота так, чтобы тот не сгибался, используя встроенные ролики. Шланг не обязательно должен быть одного диаметра. Вот, например, широкая часть — нечто вроде подушки, которая свернута, как и остальной робот. Можешь сесть, скрестив ноги, но что-то мне это не нравится. Робот, как обычно, наполняется воздухом.
Вот дело доходит до подушки "плэй бой" — это сломалось или так и надо? Она может поднять вес человека. Не очень-то устойчиво, скажу я вам. Попробую встать. Прямо вставать — да, удивительно, но для этого даже особого высокого давления не нужно, всего одна атмосфера. И приложенные к большой площади, скажем, один квадратный метр, способны поднять тысячу килограммов. При этом сам робот остаётся мягким.
Это было круто. Парадоксальное свойство: сравнительно низкое давление позволяет получать большую силу, если площадь достаточно велика. Подушка, это большие в смысле и по площади: 600 квадратных дюймов, 1 фунт на квадратный дюйм поднимет 600 фунтов. Неплохо! Два фунта — уже 1200. При этом трубка ставится метка, да ведь? С давлением небольшой мягкий робот — это хорошо, ведь он менее травмоопасный. Их можно делать секциями, разные ширины. Достаточно узкий робот сможет проползти в обрушившиеся здания и там надуть в такую подушку, высвобождая людей из-под завалов. При автомобильных авариях тоже пригодится.
Наши роботы сильные, при этом мягкие и дешёвые. Такие роботы также могут использоваться в поисково-спасательных операциях, если на них прикрепить какие-нибудь сенсоры или камеры. Для них вообще почти нет преград. Можно запустить в труднодоступные места, скажем, под обломки здания, и они наверняка куда-нибудь заберутся. Преимущество в том, что они супер дешёвые, почти ничего не стоят. Можно снабдить их камерами и спокойно отправлять внутрь хоть по 100 штук. И пусть всего один найдет под завалом человека — это будет успех!
Но как закрепить камеру на конце робота, если тот постоянно удлиняется? Можно использовать специальную крышку, которая держит камеру, а робот просто толкает её вперёд. Но есть и другие виды креплений, например, беспроводная микро-камера. Фиксирует на внешней раме, которая в свою очередь соединяется с внутренней рамой, расположенной в надувной части тела. И роботы похожим образом, на вагончиках американских горок, колеса удерживаются на рельсы, так что камера не падает по мере того, как робот становится длиннее.
Но интереснее всего то, как его заставляют двигаться в нужном направлении. Для этого ему изготовили искусственные мышцы. Принцип действия тут следующий: наполняясь воздухом, эти трубочки раздуваются, становятся толще и при этом заметно короче. Сейчас этот материал мы почти не используем, он достаточно мягкий, но плохо тянется. Вместо него мы берём шланги из нейлонового ripstop, а с волокнами под 45 градусов. Получается, у нас всего один слой герметичной ткани.
Вот основное тело робота. К нему крепится 3 пневматические мышцы, у каждой своя подпитка воздуха с отдельным управлением. По мере того, как робот раскладывается, мы его направляем, сокращая и расслабляя нужные мышцы. Работает примерно как наша рука: если потянуть связку на внутренней стороне, рука сгибается, если на внешний — то разгибается.
Наш робот меняет направление роста в зависимости от того, с какой стороны мы надуваем эти трубочки. Где мышца сократилась, туда он поворачивает. Робот-лоза умеет проходить узкие места, почти ни к чему не прилипает, и острые объекты ему не страшны. Если прикрепить вперёд него камеру, получится классный робот. Археологи его уже использовали в Перу для изучения очень узких тоннелей.
Раньше этот храмовый комплекс был построен в перуанских Андах ещё до нашей эры, где-то в промежутке между 15 и 5 веком. Это древний храм с подземными помещениями, и часть нашей работы состоит в том, чтобы понять, для чего они были нужны, для чего их использовали жившие в то время люди. Одна серьёзная загадка состояла в том, что там есть большие комнаты, так называемой галереи, и есть несколько узких ходов, которые расходятся от этих комнат. Мы хотели узнать, куда они ведут, но человеку туда никак не пролезть.
С помощью робота мы успешно осмотрели три таких тоннеля, которые иначе были бы недоступны. Мы отсняли несколько отличных видео и передали все материалы команде археологов. А вот ещё одна область применения настолько очевидна, что даже странно, почему до этого не додумались раньше — интубация. Эта процедура введения трубки в дыхательные пути, чтобы пациент начал дышать, если вдруг он сам не может. По идее для этого нужно медицинское образование.
Делают это так: с помощью ларингоскопа находят трахею и аккуратно вставляют трубку. Почти кажется, получается. Как видите, трубка попала в трахею. Вот это заняло несколько минут, при этом я работал не особо аккуратно, а когда человек не дышит, на счету каждая секунда.
При помощи миниатюрного робота-лозы учёные хотят сделать интубацию быстрее и безопаснее. Тогда любой человек без подготовки сможет вставить это устройство, направив его по задней стенке. И как видите, интубация прошла успешно. Всё, что нужно, это надуть — легко и просто. Это же карнавальная дудка! Да, точно! Мне ещё напоминает такие болтающиеся надувные фигуры, заправок или где машины продают.
Как понять, что он попал в трахею? Мягких роботов есть огромное преимущество: они очень податливые. На всех демонстрациях видно, как легко они сжимаются и гнутся. Тут у нас две части: основная перекрывает пищевод, а вот боковая как раз оказывается в трахее. Она мягкая и гибкая, так что сама находит, куда и надо. Отличный пример пассивного интеллекта. Его ещё называют механическим: робот сам находит путь, даже если мы работаем вслепую.
А на людях уже проверяли? На живых людях — нет. Только в анатомическом зале. Мы показали, что робот подходит не только для аккуратных манекенов, но и для человеческой анатомии. Метод успешно работает. Ещё такие роботы неплохо умеют закапываться в сыпучий грунт и земли. Если направить поток сжатого воздуха в песок, он начинает вести себя как жидкость, что позволяет роботу двигаться вперёд, прорастая сквозь подобную среду.
Представьте, что вы на пляже и пытаетесь воткнуть зонтик в песок. На самом деле, это не просто! Я попробую вставить этот зонт в песок без помощи воздуха — чувство, как будто его зажали тисками. Добавим воздух — и сразу стало легче! Ух, ты, круто! По сути, мы просто пускаем воздушную струю из головы робота, и это разряжает песок, уменьшая сопротивление, что позволяет роботу продвигаться вперёд.
NASA может очень пригодиться такое приспособление, например, для изучения грунта на других планетах. Не так давно на Марсе пробовали использовать робот-бор, но он застрял. А вы справились бы? Хороший вопрос!
В аппарате миссии InSight есть термометр. Задумка была в том, чтобы пробить грунт и поместить туда этот датчик, который определял бы температуру Марса. Но возникла проблема: грунт в том месте оказался не таким, как рассчитывали. Бур должен был работать примерно как отбойный молоток, двигаясь вверх-вниз. Но между ним и стенками скважины не хватило трения, поэтому получилось так, что он просто прыгал на месте — туда-сюда застрял.
Преимущество робота, подобного нашему, в том, что у него есть база, и от неё он уже просто идёт вглубь. Нам по сути вообще неважно, какой будет контакт со средой вокруг. Больше всего в этих роботах меня радует то, что на создание столь элегантного решения учёных вдохновила природа. Устройство настолько простое, что вы сами можете его легко собрать.
Я оставлю ссылку на инструкцию, но из такой простой задумки возникло огромное разнообразие роботов, полезных во многих сферах: от археологии до спасательных операций, от интубации до изучения космоса. А какое применение нашли бы ему?
Переведено и озвучено студией Вирт Дайдар.