Роботизовані орігамі, що здатні змінювати форму та трансформуватися

Взявши за основу принципи проектування з орігамі, спеціалістка з робототехніки Джеймі Пайк і її команда створили ''робогамі'': роботів, виготовлених з надтонких матеріалів, які здатні змінювати форму та трансформуватися. У цьому виступі, демонструючи технічну новинку, Пайк показує, як робогамі могли б пристосуватися до навколишніх умов для вирішення низки завдань на Землі (або у космосі) і демонструє, як вони перекочуються, перестрибують, вилітають як з рогатки і навіть пульсують, як живе серце.

Як спеціалісту з робототехніки,
мені ставлять багато питань.

''Коли роботи почнуть подавати сніданок?''

Раніше я вважала, що у майбутньому роботи
будуть більш схожими на нас,

тобто зовні будуть, як я.

Тому я створила очі,
що імітуватимуть мої.

Я сконструювала руку, яка зможе
задовольняти мої потреби...

подати бейсбольний м'яч.

Класичні роботи, як цей,

створюються та стають функціональними

завдяки встановленій кількості
з'єднань та силових приводів.

Це означає, що їхня функціональність
та форма вже визначені заздалегідь

на момент створення.

Незважаючи на те, що ця рука
досить влучно кидає --

вона навіть влучила у штатив вкінці --

це не означає, що вона приготує вам
повноцінний сніданок.

Вона навіть не здатна приготувати омлет.

Саме тоді мене осяяло
нове бачення майбутнього робототехніки:

трансформери.

Вони їздять, вони бігають, вони літають

залежно від умов навколишнього
середовища та мети.

Щоб втілити цей задум у реальність,

необхідно застосувати новий підхід
до проектування роботів.

Уявіть роботизований модуль
у формі багатокутника,

і за допомогою такої простої форми

змінюється безліч різних форм,

щоб спроектувати нову форму робота
залежно від поставленого завдання.

У КГ, комп'ютерній графіці,
це не проблема --

Якщо говорити про створення
більшості фільмів з використанням КГ.

Але якщо ви намагаєтеся створити робота,
який фізично рухається,

це зовсім інше питання.

Це абсолютно нова парадигма.

Але ви вже все це створювали.

Я думаю, кожен із вас виготовляв з паперу
літачки, човники чи журавликів.

Орігамі - це універсальна
платформа для проектувальників.

З одного аркуша паперу
можна створити безліч форм,

якщо не влаштовує форма,
можна розгорнути і повторно згорнути аркуш.

Згорнувши аркуш, можна з 2D поверхні
утворити будь-яку 3D форму,

і це математично доведено.

А тепер уявіть, що необхідно
створити аркуш зі штучним інтелектом,

який може набувати будь-якої форми,

в будь-який час.

Саме над цим я працюю вже довгий час.

Я називаю цей тип орігамі
роботизованим орігамі,

''робогамі.''

Це перша трансформація робогамі,

яку я зробила приблизно 10 років тому.

Плоский робот

перетворюється у піраміду
і знову у площину,

а потім у космічний корабель.

Цілком продумано.

Через 10 років завдяки праці моєї групи
дослідників у сфері ніндзя орігамі --

вона налічує приблизно 22 людей --

ми отримали нове покоління робогамі,

воно трохи ефективніше
і функціональніше, ніж попереднє.

Тому нове покоління робогамі
фактично відповідає нашій меті.

Наприклад, цей робогамі переміщується
по різних поверхнях автономно.

Коли це суха і рівна поверхня, він повзає.

А коли перед ним нерівна поверхня,

він починає котитися.

Все це виконує один і той самий робот,

але, залежно від типу поверхні,

він активує силові приводи
у відповідній послідовності.

І як тільки йому трапляється перешкода,
він її перестрибує.

Він виконує це завдяки накопиченню
енергії в кожній із його кінцівок

і вивільненню цієї енергіі,
і вилітає, як з рогатки.

Він навіть виконує гімнастичний трюк.

Круто.

(Сміх)

Я щойно вам показала,
що може зробити один робогамі.

Уявіть, що може зробити
група таких робогамі.

Вони можуть об'єднати зусилля,
щоб виконати складніші завдання.

Кожен модуль, активний чи пасивний,

ми можемо задіяти,
щоб створити різні форми.

Не лише форми завдяки контролю
з'єднань загином.

Ми маємо змогу ставити різні завдання
і приступати до їх виконання.

Ця форма створює простір
для постановки нових завдань.

І на цей раз найважливішою є взаємодія.

Цим модулям необхідно автономно знаходити
один одного у різних просторових умовах,

приєднуватися або від'єднуватися
залежно від навколишніх умов та завдання.

І тепер ми можемо це зробити.

Що робити далі?

Скористаймося нашою уявою.

Це симуляція того, чого ми можемо досягти

за допомогою цього типу модуля.

Ми вирішили спроектувати робота,
який переміщується на 4 кінцівках,

трансформується у маленьку собачку
і робить невеликі кроки.

За допомогою цього ж модуля ми можемо
спроектувати робота з іншими можливостями,

маніпулятора, типове завдання
класичної робототехніки.

За допомогою маніпулятора
можна підняти якийсь предмет.

Звісно, можна додати більше модулів,
щоб зробити кінцівки маніпулятора довшими,

щоб брати або піднімати
більші або менші предмети,

або спроектувати третю кінцівку.

Для робогамі немає однієї
чітко встановленої форми або завдання.

Вони можуть трансформуватися
у будь-що, будь-де та будь-коли.

То ж як їх створити?

Найбільша технічна проблема
створення робогамі - надтонкі

та надгнучкі властивості

із збереженням функціональності.

Робогамі складаються
з багатьох шарів схем, двигунів,

мікроконтролерів та сенсорів,

все в одному корпусі.

І коли ви контролюєте
окремі з'єднання загином,

ви можете досягти
ось таких плавних рухів

за вашою командою.

Замість одного робота, який створено
для виконання лише одного завдання,

робогамі оптимізовано
для виконання багатьох завдань.

І це досить важливо

для складних та особливих умов
навколишнього середовища, як на Землі,

так і у космосі.

Космос -- це ідеальне
середовище для робогамі.

Не можна дозволити собі мати
одного робота для одного завдання.

Ніхто не знає, скільки завдань
необхідно буде виконати в космосі.

Потрібна лише одна роботизована платформа,
яка трансформується для безлічі завдань.

Необхідно мати лише один комплект
тонких модулів робогамі,

що здатні трансформуватися
для виконання безлічі завдань.

Хай ваші сумніви розвіються,

бо Європейська космічна агенція
і Швейцарський космічний центр

є спонсорами для реалізації
такої концепції.

Перед вами декілька зразків
робогамі зі змінною структурою,

що досліджують поверхню іншої планети,

а також заглиблюються в підземний шар.

Це не просто дослідження.

Астронавтам необхідна додаткова допомога,

тому що вони не в змозі
взяти з собою інтернів.

(Сміх)

Помічники астронавтів мають братися
за кожне нудне завдання.

Вони можуть бути прості,

але надзвичайно інтерактивні.

Тому необхідні роботи, які полегшуватимуть
проведення експериментів,

забезпечуючи астронавтів зв'язком,

і просто висаджуючись на різні поверхні
у якості третьої руки, що тримає знаряддя.

Але як астронавти зможуть
контролювати робогамі, наприклад,

за межами космічної станції?

В даному випадку я покажу вам робогамі,
який тримає космічне сміття.

Можна покластися на свій зір,
щоб контролювати їх,

але краще було б
скористатися дотиковим відчуттям,

яке безпосередньо передається
до рук астронавтів.

Необхідно мати лише тактильний пристрій,

тактильний інтерфейс, який відтворює
відчуття дотику.

Ми можемо цього досягти завдяки робогамі.

Це найменший у світі тактильний інтерфейс,

що здатен відтворювати відчуття дотику
на кінчиках пальців.

Це можна зробити, приводячи в рух робогамі

завдяки мікроскопічним рухам та рухам,
видимим неозброєним оком на цьому етапі.

І досягнувши цього, можна не лише відчути

величину предмета,

округлість і форму,

а також жорсткість та текстуру.

Алекс тримає великий палець
на цьому інтерфейсі,

і якби він використав інтерфейс
з ВР окулярами та контролерами,

тоді віртуальна реальність
перестала б бути віртуальною.

Це реальність, яку можна відчути на дотик.

Синя кулька, червона кулька
і чорна кулька, на які він дивиться,

більше не розрізняються за кольором.

Тепер це ґумова синя кулька, губчаста
червона кулька і більярдна чорна кулька.

Тепер це можливо.

Зараз я це продемонструю.

Вперше ця демонстрація проходить наживо

перед великою аудиторією

з надією, що все спрацює.

Зараз ви бачите
атлас анатомії людини

та тактильний інтерфейс робогамі.

Подібно до всіх інших
роботів зі змінною структурою,

він багатоцільовий.

Він працює не лише у якості мишки,

але й також як тактильний інтерфейс.

Зараз курсор розміщено на білому фоні,
на якому нічого не зображено.

Тобто, на дотик нічого не відчувається,

тому інтерфейс дуже
і дуже гнучкий.

Тепер за допомогою інтерфесйса
я наближу курсор до шкіри,

до руки з м'язами,

тепер давайте відчуємо на дотик біцепси

або плечі.

Тепер ви бачите, наскільки зменшилася
пружність інтерфейсу.

Давайте дослідимо ще більше.

Наблизимо наш курсор до грудної клітки.

Рухаючи курсор у верхній частині
грудної клітки

та між міжреберними м'язами,

тобто там, де різна жорсткість,

я відчуваю різницю пружності інтерфейсу.

Можете не сумніватися.

Інтерфейс став набагато жорсткішим
по відношенню до сили пружності,

яку він передає кінчику мого пальця.

Я продемонструвала вам експеримент
з нерухомими поверхнями.

Уявімо, що мені необхідно наблизити
курсор до рухомої поверхні,

наприклад, до серця, яке б'ється.

Що б я відчула?

(Оплески)

Ви можете відчути на дотик,
як стукає ваше серце.

Цей інтерфейс може фактично
знаходитися у вашій кишені,

коли ви здійснюєте покупки онлайн.

Тепер ви маєте змогу
відчути на дотик светр, який ви купуєте,

його м'якість,

перевірити чи це кашемір,

або купити бублики,
перевірити,

наскільки вони тверді або хрусткі.

Тепер це можливо.

Робототехніка розвивається і стає
більш персоналізованою та адаптивною,

щоб пристосуватися до наших потреб.

Цей унікальний вид робототехніки,
здатної до трансформації,

фактично є платформою для створення
цього невидимого, інтуїтивного інтерфейсу,

щоб задовольнити наші конкретні потреби.

Ці роботи більше не будуть схожі
на персонажів з фільмів.

Вони перетворюватимуться у те,
що нам заманеться.

Дякую.

(Оплески)