Мягкие роботы лучше? [Veritasium]
Вот сайт шаурмой.
[Музыка]
Весы то мягкие. Роботы они сделаны не из жестких материалов вроде металла или дерева, а из чего-то более податливого, например, пластиковых трубок.
Как же они устроены и зачем кому-то вообще может понадобиться мягкотелый робот? Я отправился в Стэнфорд пообщаться с Заком, командой создателями одного из таких роботов.
Рад познакомиться! Ну что, покатились? То есть, примерно так робот будет перемещаться. Именно в этом случае вот так, перекатываясь с бока на бок, он может двигаться куда надо. Получается прерывистое движение качения. Он встает на одну грань, плавно наклоняется и перекатывается на следующую.
Робот плавно смещает центр тяжести за пределы опорного полигона, то есть нижней грани, и когда это происходит, он перекатывается на другую сторону. Вот еще один тип мягкого робота. Этот сделан из пластиковых трубок и спроектирован так, чтобы имитировать походку черепахи, у которой одновременно двигаются лапы наискосок друг от друга. Перемещается робот за счет сжатого воздуха, и что самое примечательное, не имеет электронных компонентов. Управление полностью не автоматическое, а значит, робота можно использовать в шахтах, где любая искра грозит взрывом, или в сильном магнитном поле, например, рядом со аппаратами МРТ.
Но для каких целей он может быть полезен? Есть у меня одно развлечение. Люблю иногда, память, в такого робота. Он же мягкий и гибкий, и потому безопасен. Можешь и сам попробовать, не стесняйся.
Но это же твое детище, я не хочу ничего сломать! Да не волнуйся, он выдержит. Если надо работать рядом с людьми, мягкий робот просто физически не сможет сильно навредить. На него можно встать! Поразительно.
Пластичный робот. Основная структура робота мягкая, поэтому он при всем желании не сможет меня сильно ударить, и поэтому его можно без опасений подпускать к людям.
Получится сделать так, чтобы я оказался как бы внутри? Да, конечно, без проблем, только аккуратнее с головой. Сейчас залезу. Вот, вполне можно забраться. Так, попробуем.
Ну вот. А что? Вполне неплохо! У него есть еще одна форма. Там получится вроде окошко, через которое удобно вылезать. Давай! Правда, давно так не делали, может, не сработать. Но давай попробуем.
Вот справа теперь больше места, можно спокойно выйти наружу. Отлично, да! Весьма удобно.
Роботы, ты сам собирал? Я и еще один. Эспера́нто! По сути, мы вдвоем все сделали. Долго пришлось работать, я бы сказал, где-то месяц. Это я про полную сборку. Сложно было, трубки тоже сами шили, она все делали сами. Главный структурный элемент робота — несколько тканевых трубок, заполненных воздухом.
Итак, сама труба — это нейлон, а внутри еще один слой из полиэтилена. Он как раз не дает воздуху выйти. Внутри поддерживается давление примерно в полтора раза больше атмосферного, что делает трубку устойчивой, но довольно мягкой.
В нескольких местах расположены электроприводы с роликами, между которыми и зажата трубка, будто соломинка для коктейля. Тут по сути спицы обмотанные специальным материалом для лучшего сцепления. Ну и воздух в трубе постоянно давит наружу. Благодаря этому ничего не скользит.
С помощью приводов можно контролировать длину участков конструкции. Видели, когда-нибудь, как в цирке делают разные фигурки из воздушных шариков? Тут примерно то же. Только там шарик перекручивают наглухо, а у нас воздух может проходить через место сгиба, и когда робот передвигается, все равно нигде нет пережатых участков.
Робот состоит из четырех труб, по несколько моторов на каждой. Таким образом, получаются треугольные границы. Нам это очень напомнила связка колбасок, поэтому мы придумали роботу соответствующие названия: это польская колбаска, вон там чоризо, а там лингвист и так далее. Разные по форме. Получается, это актайдер, но технически до октаэдра. Если считать, что вот тут у нас углы фигуры, туда получится актайдер.
Благодаря слаженной работе моторов, робот может принимать разные формы: например, вытянуться и стать выше филе, а наоборот распластаться. Длина труб при этом не меняется, и общий периметр робота, длина всех граней, не меняется.
Совета! Система с постоянным периметром. Кстати, как тебе ролики Бостон Дайнэмикс? А я их обожаю! Очень классная! Правда, их роботы выглядят немного пугающе.
Сможет ли мягкие роботы создать у широкой аудитории образ чего-то более доброго, безопасного и приятного? Да, думаю, так и будет.
Конечно, жесткие системы могут вести себя как гибкие. Все зависит от того, как работают приводы. Но они все равно тяжелые, дорогие, могут быть опасны, и если не уметь с ними управляться.
На привычные нам жесткие роботы сильные и точные. Они могут один в один повторять какие-то действия, но они тяжелые, практически не способны менять форму. В плане подъема грузов мягкие роботы тоже кое-что могут. Я настроил интерфейс для Matlab — неплохо! Можно просто указать, на сколько дюймов надо сдвинуться, и робот все сделает сам.
Вам много чего умеет! У меня сохранены разные конфигурации, которые можно ему задавать. Одно из преимуществ мягких роботов — способность менять форму. Становиться выше, если надо что-то перешагнуть, либо ниже, чтобы под чьим-то пролезть.
Предположим, мы не заметили какой-нибудь камень на пути или нам придется по нему проехать. Благодаря своей пластичности, робот может спокойно его наступать. Трубка чуть согнется и все! Подобные роботы могли бы исследовать другие планеты.
Да, определенно. Один из плюсов подобных систем — то, что их можно компактно сложить. Отправлять в космос объемный груз довольно дорого, поэтому более компактные грузы — это всегда хорошо. NASA какое-то время активно интересовалась подобными роботами как раз по этой причине.
Мы с ними даже обсуждали возможные варианты использования системы для исследовательских миссий. Например, подобного робота довольно просто запустить под лед. Необходимо сперва пробурить отверстия, конечно, но его можно делать сравнительно небольшим, ведь робот будет в сложенном состоянии.
Так что любая система, которая может изменять свой объем, или которую можно разобрать так, чтобы она затем собралась во что-то большое, такие системы позволят доставлять роботов в труднодоступные места и проникать через тесные проходы.
Чем-то напоминает осьминогов, я же правильно понимаю принцип? Ну да, чем-то похожи. Ведь осьминоги очень пластичные, могут протискиваться через узкие отверстия, но помимо этого они могут сами оборачиваться вокруг предметов, чтобы, например, открутить крышку с банки. Наш робот тоже умеет обхватывать и переносить предметы. Например, этот робот может поднять что-нибудь с земли.
[Музыка]
Давайте попробуем, посмотрим, справится ли. Просто из-за того, что трубки гибкие, он может захватывать различные предметы и проводить с ними манипуляции. При этом трубка немного изгибается, сминается, что увеличивает площадь контакта и равномерно распределяет усилия по объекту.
Выходит, что основная проблема — утечка воздуха. И да, да, эта проблема! Воздух держит всю конструкцию, если нарушить герметичность, робот просто сдуется. В этом значительный минус подобных систем.
Есть способ решить эту проблему: поставить компрессор. Не для того, чтобы он как-то управлял роботом, а просто чтобы поддерживать давление в случае небольшого прокола.
Например, как реагируют люди, когда ты им говоришь, что занимаешься роботами, а потом они видят вот это? Удивляются! А если просто рассказываю, ничего не понимают. Только если показать им какую-нибудь запись или фотографию.
Забавно, но многие узнали о мягких роботах из мультфильма "Город героев". Авторы неплохо показали, зачем такие роботы нужны, чем они полезны. Да, и в целом рассказали, что это такое. Пластичность — полезные свойства для механизма, особенно если речь идет о роботах, которым предстоит работать непосредственно рядом с людьми.
И так что мне кажется, что у мягких роботов большое будущее.
Переведено и озвучено студией Вирт. Дай Дар.