🤖 Мягкая сила: почему будущее робототехники за гибкими конструкциями 0:00
Традиционное представление о роботах — это тяжелые, жесткие металлические машины, которые работают быстро, точно, но зачастую опасно для окружающих. Однако в лаборатории Стэнфордского университета Зак Хэммонд (Zack Hammond) демонстрирует совершенно иной подход к инженерии: так называемые «мягкие роботы». Вместо металла и дерева их структурные компоненты создаются из гибких материалов, таких как пластиковые трубки и ткань, что открывает перед инженерами принципиально новые возможности в мобильности и безопасности.
🏗️ Как устроены роботы из ткани и воздуха 3:23
В основе конструкции роботов Хэммонда лежит использование надувных тканевых труб. Процесс их создания включает несколько ключевых этапов:
- Материалы: Основная структурная часть выполнена из нейлоновой ткани, внутри которой находится полиэтиленовая трубка, обеспечивающая герметичность.
- Давление: Система надувается до давления примерно 6 psi, что составляет около 1,5 атмосфер.
- Управление движением: Каждая трубка проходит через пару роликов, соединенных с мотором. Ролики «защемляют» трубку, имитируя процесс скручивания воздушного шарика клоуном.
- Трение: Высокое трение материала, обернутого вокруг стержней, в сочетании с давлением воздуха внутри, предотвращает проскальзывание.
По словам Хэммонда, роботы имеют икосаэдрическую форму, так как если соединить кинематические точки между трубами, получится именно эта геометрическая фигура. Сами роботы названы в честь различных видов сосисок: «Polish» (Польская), «Chorizo» (Чоризо), «Linguisa» (Лингуиса) и «Kielbasa» (Колбаса).
🔄 Изопараметрическая магия 4:55
Одной из уникальных характеристик этих устройств является их «изопараметричность». Несмотря на то что робот может кардинально менять свою форму — становясь очень высоким или, наоборот, приземистым — длина всех его ребер остается неизменной, так как сами трубки не растягиваются в длину.
Это позволяет роботу осуществлять «пунктирное качение» (punctuated rolling locomotion). Робот остается на одной грани до тех пор, пока его центр тяжести не выйдет за пределы опорного полигона, после чего он перекатывается на новую грань. По мнению Хэммонда, цепочку таких движений можно объединить, позволяя машине перемещаться практически в любой среде.
🛡️ Безопасность и эксплуатация 1:46
Главное преимущество мягких роботов перед жесткими аналогами от таких гигантов, как Boston Dynamics — это их внутренняя безопасность. По словам Хэммонда, жесткие роботы могут быть тяжелыми, дорогостоящими и потенциально опасными при неправильном использовании.
- Контакт с человеком: Мягкие роботы податливы и сжимаемы; они не могут приложить значительную силу, способную причинить человеку травму.
- Специфические условия: Робот, продемонстрированный Хэммондом, работает исключительно на сжатом воздухе и требует ноль электроники. Это делает его идеальным для использования в шахтах, где искры от электрических компонентов могут вызвать взрыв, или вблизи мощных магнитных полей, например, рядом с аппаратами МРТ.
🚀 Амбиции: от космоса до глубоководных исследований 6:40
Концепция мягких роботов оказалась интересна даже NASA. По словам Хэммонда, основные преимущества таких конструкций для космоса заключаются в их способности драматически сжиматься в объеме. Поскольку место на ракетах — крайне дорогой ресурс, компактно упаковываемый робот, который может развернуться в большую структуру по прибытии, имеет огромную ценность.
Один из предлагаемых сценариев использования — бурение через слой льда на других планетах. Робот может пройти через отверстие малого диаметра, а затем принять нужную форму или даже собрать себя из частей, чтобы начать работу в труднодоступной области.
⚠️ Риски и будущее технологии 8:24
Несмотря на преимущества, у мягких роботов есть серьезные недостатки. Самый очевидный из них — риск прокола. Если конструкция теряет герметичность и воздух выходит, робот фактически перестает существовать как функциональная единица. Чтобы минимизировать этот риск, инженеры рассматривают установку на борту небольшого компрессора, который будет поддерживать давление в случае микроутечек.
По мнению Хэммонда, интерес публики к подобным разработкам значительно вырос после выхода мультфильма «Город героев» (Big Hero 6), который наглядно показал полезность и дружелюбность мягких роботов. Инженер убежден, что по мере стремления к более тесному взаимодействию роботов с людьми, мы будем видеть все больше подобных решений в будущем.
