# Ник Грейвиш о биомиметике: «Механика — это форма вычислений» Источник: https://www.youtube.com/watch?v=3iIPRBi2K2w Канал: Stanford Online Опубликовано: 12.11.2025 --- В рамках семинара ENGR319 в Стэндфордском университете (Stanford University) профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD) Ник Грейвиш (Nick Gravish) представил концепцию адаптивных роботов, построенных на принципах физической податливости и динамических систем. Основная идея выступления Грейвиша заключается в том, что «игра» с механическими структурами и изучение простых физических взаимодействий позволяют создавать сложные системы, способные адаптироваться к неструктурированной среде без необходимости в мощных вычислительных ресурсах [02:37]. ## 🏗️ Механическая адаптивность: от вакуумных трубок до рулеток [[JUMP:03:38]] Грейвиш утверждает, что геометрия структуры важнее свойств самого материала. Используя обычную бумажную трубку, он демонстрирует, как изменение формы сечения (с круглого на плоское) радикально меняет жесткость объекта [03:51]. Этот принцип лег в основу нескольких разработок его лаборатории. **Инструменты и методы создания перестраиваемых структур:** * **Вакуумные складки:** Исследователи использовали гибкие трубки, на которые надевались специальные полукруглые «манжеты» (cuffs). При создании внутри трубки вакуума она сгибается именно в месте расположения манжеты под заданным углом [05:46]. * **Внутренние модули:** В более продвинутой версии в надувную трубку помещаются автономные модули (с батареями и микроконтроллерами), которые создают «защип» изнутри, формируя сустав в любой точке «позвоночника» робота [07:37]. Это позволяет одному актуатору охватывать почти всю полусферическую рабочую зону [08:04]. Особое внимание профессор уделил использованию измерительных рулеток (tape-springs). По мнению Грейвиша, это идеальный механизм для робототехники: рулетка легко сворачивается, но обладает высокой жесткостью в развернутом состоянии [09:40]. **Эволюция захватов на базе рулеток:** 1. **Планарный гриппер:** Две треугольные структуры из рулеток позволяют перемещать, вращать и удерживать объекты в плоскости [10:36]. 2. **Двунаправленные ленты:** Ламинирование двух лент вместе с использованием слоя с низким трением позволило избежать скручивания и увеличить дистанцию вылета захвата [12:26]. 3. **Циклические ленты с TPU-кожей:** Последняя итерация использует замкнутые петли лент, покрытые напечатанной на 3D-принтере кожей из термопластичного полиуретана (TPU). Это обеспечивает бесконечное вращение объекта и высокую силу трения при захвате [16:17]. Грейвиш подчеркивает, что мягкость таких систем обеспечивается не материалом (сталь рулетки очень жесткая), а геометрией изгиба, что делает их безопасными при столкновениях [18:19]. ## 🐝 Динамика полета: как насекомые летают без участия мозга [[JUMP:19:03]] Изучая полет шмелей и других насекомых, Грейвиш пришел к выводу, что многие высокочастотные движения (выше 100 Гц) происходят асинхронно. Это означает, что мозг насекомого не посылает сигнал на каждое сокращение мышцы [20:08]. **Ключевой механизм — задержанная активация растяжением (Delayed Stretch Activation, DSA):** * Мышца насекомого работает как резонатор в системе «пружина-масса». * Когда мышца растягивается, она сокращается с небольшой задержкой. Этот фазовый сдвиг создает автоколебания (предельные циклы) [22:23]. * В робототехнике это реализуется через фильтр нижних частот: сигнал скорости с мотора (измеряемый через обратную ЭДС) фильтруется и подается обратно на крутящий момент [26:58]. Грейвиш утверждает, что такая система обладает врожденной адаптивностью. Если робот-насекомое врезается в препятствие, крыло останавливается мгновенно, так как прекращается процесс растяжения мышцы. Это происходит без участия сенсоров или вычислительных алгоритмов — чисто на уровне физики системы [25:43]. Эксперименты показали, что «асинхронные» роботы значительно лучше справляются с полетами в загроможденных пространствах, чем те, что управляются классическими синусоидальными сигналами [28:46]. ## 🐍 Трение и контакт: «Самый худший робот в мире» [[JUMP:30:22]] Исследуя многоногих роботов и змей, команда Грейвиша столкнулась с парадоксом: системы с сухим кулоновским трением (которое не зависит от скорости) часто ведут себя как вязкие среды (где сопротивление зависит от скорости) [31:20]. Чтобы изучить это, была создана установка, которую профессор иронично называет «худшим роботом в мире» — карусель с 10 колесами, вращающимися с разной скоростью [34:16]. **Открытия в механике контакта:** * **Правило медианы:** Грейвиш выяснил, что чистая скорость вращения системы с множественными контактами определяется не средним арифметическим скоростей колес (как в вязкой среде), а их медианой [35:10]. Это делает систему устойчивой к аномалиям (выбросам скорости на отдельных колесах). * **Синтетическая вязкость:** Комбинируя множество контактов с сухим трением, можно имитировать вязкое сопротивление, характерное для плавающих в слизи червей [36:29]. * **Нулевое трение:** Если запустить 5 колес вперед и 5 колес назад с одинаковой скоростью, система переходит в состояние «разрыва трения». В этом режиме робот может скользить по поверхности почти без сопротивления от малейшего прикосновения [39:51]. Грейвиш продемонстрировал, как, меняя количество активных контактов (например, 6 вперед и 4 назад), можно линейно модулировать эффективный коэффициент трения всей системы [40:18]. ## ❓ Дискуссия и применение: от сельского хозяйства до Amazon [[JUMP:42:10]] В ходе сессии вопросов и ответов обсуждались практические перспективы представленных технологий. Грейвиш отметил, что хотя его грипперы на базе рулеток выглядят перспективно для «Amazon Picking Challenge», их текущее ограничение — точечный контакт, который не всегда надежен для сложных форм [44:38]. **Перспективы в агротехе:** Один из участников семинара предположил, что мягкие захваты идеальны для сбора урожая, так как они не повреждают плоды и могут проникать вглубь густой листвы [47:41]. Грейвиш, однако, выразил сомнение в массовом применении, отметив, что аграрии часто предпочитают более грубые, но быстрые методы (вакуумные присоски или встряхивание дерева). Тем не менее, он согласился, что для «роскошного сельского хозяйства» — сбора дорогих и экзотических фруктов, требующих бережного выкручивания — его технология может стать незаменимой [48:48]. Профессор подытожил, что его работа — это попытка перенести сложность управления с программного обеспечения на физическую архитектуру робота, используя механику как форму вычислений (mechano-computation) [50:23].