Miękka robotyka (Soft Robotics) – nowe roboty jeszcze bliższe ludziom

Czy maszyna może być delikatna i poruszać się równie płynnie jak człowiek? Patrząc na funkcjonowanie obecnie pracujących w magazynach robotów i innych urządzeń czy nawet na nieporadne w gestach projekty naukowców z Boston Dynamics trudno uwierzyć, by były one w stanie bezpiecznie unieść jajko lub porcelanową zastawę i przenieść je z jednego miejsca w inne. Inżynierowie znają jednak ograniczenia współczesnych konstrukcji i od lat pracują już nad alternatywą. Symbolizuje ją nowy kierunek robotyki, Soft Robotics - miękka robotyka.

Roboty, które od lat pracują w magazynach czy fabrykach, zostały zaprojektowane w taki sposób, by realizować konkretne zadania. Miały być silne, wydajne i precyzyjne, by ograniczać liczbę ludzkich błędów przy powtarzalnych czynnościach, zastępować człowieka przy potencjalnie niebezpiecznych zadaniach i oczywiście podnosić oraz transportować ciężary wykraczające poza fizyczne możliwości naszych ciał. Ich konstrukcja jest efektem konkretnych potrzeb i oczekiwań.

Specyficzna budowa sprawia, że jednocześnie nie sprawdzają się jednak tam, gdzie potrzebne jest większe wyczucie, elastyczność i płynność ruchów. Tu właśnie na scenę wkracza miękka robotyka, wykorzystująca dotychczasowe osiągnięcia z mechatroniki i chemii oraz nowe rozwiązania z tworzyw sztucznych.

Robot delikatny 

W ramach miękkiej robotyki wspomina się o dwóch drogach ewolucji maszyn. Pierwsza zakłada wykorzystanie sztucznych stawów skokowych i elastycznych ścięgien na łączeniach elementów konstrukcyjnych, dzięki którym robot może wykonywać ruchy bardziej płynnie i precyzyjnie, tym samym sprawniej realizując na przykład proces chwytania.

Druga droga wiąże się z całkowitym porzuceniem dotychczasowych projektów i rezygnacją z twardych elementów o zdefiniowanym z góry kształcie. Ich miejsce zajmą elastyczne materiały, sprawiające, że robot zachowuje się tak, jak choćby ramiona ośmiornicy. Tym samym będzie mógł łatwo dostosować się do różnych sytuacji, wykazując większą uniwersalnością.

By jednak osiągnąć ten potencjalnie idealny scenariusz, naukowcy, inżynierowie i projektanci muszą postawić stopę na nieznanym do tej pory obszarze. Stworzenie maszyny o takich cechach oznaczać bowiem będzie porzucenie dotychczasowych reguł projektowania podobnych urządzeń, bazujących na planach i zakładających stałe elementy połączone w określony sposób. Elastyczny robot ma dynamicznie modyfikować swój kształt, co oznacza, że może przyjmować zupełnie odmienne postawy nawet w krótkich odstępach czasu. Dodatkowym wyzwaniem jest opracowanie modelu napędzania, sposobów kontrolowania kierunku, ale również metod siłowego oddziaływania na otoczenie.

Robot rodem ze świata natury

Czy wspomniana wyżej skala wyzwania oznacza, że robotyka miękka to na razie jedynie atrakcyjna idea, niewiele inna od dziesiątek prezentowanych w filmach i książkach science-fiction? Pamiętajmy, że rozwój technologiczny i możliwości prezentowane przez nowe urządzenia nieraz już nas zaskoczyły swoim tempem.

Podczas, kiedy wiele organizacji koncentruje się na cyfrowej transformacji, w laboratoriach w różnych częściach świata trwają zaawansowane testy i badania nowych rozwiązań i nieznanych do tej pory, niekonwencjonalnych materiałów. Mogliśmy już przeczytać o chwytaku opartym na materiałach ziarnistych oraz pastach elektroprzewodzących i chemicznych, które pod wpływem wysokich temperatur wykazują dużą zdolność do przyczepiania się i utrzymywania połączenia. Naukowcy z Instytutu Biorobotyki Scuola Superiore Sant’Anna w Pisie zaprezentowali autorski projekt ramienia robota przypominającego ośmiornicę, który pokryty jest elastyczną, skóropodobną powłoką wykonaną ze stopów z pamięcią kształtu.

W przypadku miękkiej robotyki bardzo często możemy mówić o biomimetyce, a więc czerpaniu inspiracji z produktów natury, by ulepszać i rozwijać technologię oraz rozwijać urządzenia. Wspomniany przykład maszyny wzorowanej na ośmiornicy to tylko jeden z wielu. Równie dobrze moglibyśmy wspomnieć o projekcie kosmicznej rozgwiazdy (STARFISH – Soft Translatable Advanced Robot For In Space Handling), która ma wykonywać skomplikowane zadania w przestrzeni pozaziemskiej. Naukowcy z Space and Engineering Research Center Uniwersytetu Południowej Kalifornii przedstawili projekt, który wykorzystuje technologię elektroprzyczepności do poruszania się. Podobne rozwiązania, wzorujące się choćby na pełzaniu gąsienic, również są traktowane jako intrygujący kierunek robotów przyszłości.

Co zmieni robotyka miękka ? 

Potężne i wytrzymałe roboty mają szereg niepodważalnych zalet, które sprawiły, że szybko zyskały na znaczeniu w przemyśle czy logistyce. Chociaż nie da się podważyć zalet automatyki, organizacje wiedzą jednak, że potencjał mechanicznych pracowników nie jest w pełni wykorzystany. Nie są do końca bezpieczne dla ludzkich współpracowników, dlatego często muszą realizować powierzone zadania w wyznaczonych, odpowiednio chronionych przestrzeniach. Nie korzysta się z nich też przy pracy wymagającej większej delikatności i płynności ruchów – w tym zakresie nadal sporo dzieli je od umiejętności człowieka. Miękka robotyka umożliwia zmniejszenie tego dystansu. Nie tylko z tym jednak są związane zapowiadane wyraźne zmiany i korzyści.

Inaczej poruszające się, bardziej wszechstronne tzw. roboty miękkie zbudowane z elastycznych materiałów będą uniwersalne, bezpieczniejsze dla człowieka, wydajniejsze energetycznie. Kto wie, być może opracowane technologie ruchu umożliwią im swobodne przemieszczanie się nie tylko horyzontalnie, ale również wertykalnie, co otworzy nowe możliwości w magazynach. W dalszej perspektywie miękkie roboty, charakteryzujące się delikatnością ruchów, będą mogły znaleźć zastosowanie również w szpitalach czy domach opieki, a te łatwo zmieniające kształty sprawdzić się w ratownictwie.

Pisaliśmy niedawno na naszym blogu o nawiązywaniu więzi emocjonalnej z robotami. Połączenie takiej więzi z "miękkością" z pewnością również stanowić będzie interesujący kierunek rozwoju technologii. Warto przyglądać się mu z uwagą tym bardziej, że napędza on badania nad nowymi materiałami, źródłami energii, a także sensorami i systemami wbudowanymi.

Nowe projekty muszą spełniać swoje zadanie, jednocześnie nie ograniczając w żaden sposób elastyczności konstrukcji. Patrząc na te perspektywy, jednego możemy być pewni. Przed nami rozciąga się tylko Dolina Niesamowitości. 

Ciekawe materiały o soft robotics:

Bio-inspiration for future space systems – opracowanie European Space Agency, Acta Futura, nr 6

Soft Robots Manufacturing: A Review – artykuł Franocisa Schmitta, Oliviera Piccina, Laurenta Barbe i Bernarda Bayle’a, Frontiers in Robotics and AI

Jeśli nie zadowala Cię trwanie w miejscu, pragniesz kreować przyszłość i brać udział w różnorodnych nowatorskich projektach, także z zakresu robotyki, zobacz, jakie mamy dla Ciebie oferty pracy! Ludzie śmiało patrzący przed siebie zawsze znajdą u nas swoje miejsce.