A hajlékony, puha robotok hihetetlen lehetőségei

Robotokat a gyorsaság és pontosság kedvéért terveznek, de használatukat a merevségük gyakran korlátozza. Giada Gerboni biomedikális mérnök a gondolatébresztő előadásában ismerteti a csúcstechnológiának számító puha robotika terén született újabb fejlesztéseket, amelynek célja a természetet utánzó hajlékony gépek előállítása. Példa rá a robotpolip. Tudjunk meg többet arról, hogyan játszhatnak e hajlékony szerkezetek döntő szerepet a sebészetben, gyógyításban és mindennapi életünkben.

Szóval, a robotok.

A robotok úgy programozhatók,

hogy milliószor hajtsák végre
alig hibázva ugyanazt a feladatot,

amit mi nehéznek találunk.

Lenyűgöző figyelni őket munka közben.

Nézzék csak!

Órákig el tudnám nézni.

Hát nem?

De az már kevésbé lenyűgöző,

hogy ha a robotok kikerülnek a gyárból,

oda, ahol a környezet
nem egészen ismert és mérhető,

még a kis pontosságot igénylő
egyszerű feladattal is,

nézzék, kudarcot vallanak.

Pl. az ajtónyitás nem nagy ügy.

(Nevetés)

Egy kis mérési hiba,

és elvéti a szelepet, és tessék...

(Nevetés)

többnyire nincs mód helyrehozni.

Miért van ez?

Sok éven keresztül

a robotokat alapvetően gyors
és pontos feladatokra tervezték,

ez pedig egyedi kialakítást igényelt.

Pl. a robotkar

igen jól meghatározott merev
elemek és motorok együttese,

ez a működtető szerkezet,

ez mozgatja a csatlakozások
körüli tagokat.

E robotszerkezetben

tökéletesen föl kell mérni a környezetet,

mi van köröttünk,

és a robot részeinek minden mozgását

tökéletesen kell programoznunk.

Hiszen a legkisebb hiba
is igen nagy bajt okozhat.

Kárt okozhatunk valamiben,
vagy a robot károsodhat,

ha valami keményebbnek ütközik.

Beszéljünk egy kicsit róluk!

Nem a robotok agyára gondolok,

vagy hogy milyen gondosan
programozzuk őket,

hanem a testükre.

Nyilván valami baj van velük,

mert amitől a robot pontos és erős,

attól válik nevetségessé, veszélyessé
és hatástalanná a valóságban,

mert teste nem változtathatja alakját

és nem alkalmazkodik a körülményekhez.

Nézzük az ellenkező lehetőséget,

hogy puhább legyen a környezeténél.

Nyilván azt hiszik, hogy a puhábbal

valószínűleg nem sokra megyünk.

Ám a természet az ellenkezőjére tanít.

Pl. a tenger mélyén

több mint ezer atmoszféra nyomáson

teljesen puha állatok mozognak

és kerülnek kapcsolatba náluk
sokkal keményebb tárgyakkal.

A polip e kókuszdió-héjjal közlekedik,

karjai hajlékonyságának köszönhetően,

amelyek lábként és kézként is szolgálnak.

Semmi kétség, a polip még
a befőttesüveget is ki tudja nyitni.

Bámulatos, nem?

De ezt nemcsak
az állat agya teszi lehetővé,

hanem kell hozzá a teste is,

ez szemléletes példa,
talán a legszemléletesebb

a testet öltött intelligenciára.

Ez olyan intelligenciafajta,
amely minden élő szervezetben megvan.

Mindannyiunkban megvan.

Testünk, testünk alakja,
anyaga és fölépítése

testi munka végzésekor
alapvető szerepet játszik

környezetünkhöz való
alkalmazkodásunkban,

hogy változatos helyzeteken
különösebb tervezgetés

vagy számolgatás nélkül lehessünk úrrá.

Hát akkor helyezzünk a robotszerkezetekbe

egy kis megtestesült intelligenciát,

hogy ne kelljen foglalkozniuk

a számolgatások és érzékelések
megterhelő feladatával!

Ehhez a természeti stratégiát követhetjük,

mert az evolúcióval
elég jó tervezőmunkát végzett,

hogy a lényeket alkalmassá tegye
környezetükkel való kölcsönhatásra.

Szembetűnő, hogy puha anyagokat gyakran,

míg mereveket ritkán használ a természet.

Ez történik a robotika új területén is,

amelyet lágy vagy puha robotikának hívnak.

A cél nem szuper pontos gépek készítése,

mert azok már megvannak,

hanem a valóság váratlan helyzeteinek
megoldására képes robotok gyártása,

amelyek kiküldhetők a világba.

A robotokat elsősorban
engedelmes testük teszi puhává,

amelyek nagyon nagy deformációt kibíró
anyagokból vagy szerkezetekből állnak,

tehát nincsenek merev csatlakozások,

ráadásul mozgatásukhoz
ún. elosztott meghajtást használunk.

Állandóan szabályoznunk kell
a deformálható test alakját,

ami nagyszámú kapcsolódást
és csuklót igényel,

de merev szerkezetünk nincs.

A puha robot építése teljesen
más módszert föltételez,

mint csatlakozásokat, fogaskerekeket,
csavarokat tartalmazó merev roboté,

melyeket meghatározott
módon kell kombinálnunk.

Puha robotokban a meghajtás építését

többnyire a nulláról kezdjük,

de a hajlékony anyagot hagyjuk,

hogy reagáljon az őt ért hatásokra.

Itt pl. a szerkezet
egyszerű deformálásával

juthatunk egészen bonyolult alakzatokhoz,

képzeljük csak ezt el merev elemekkel
és csatlakozásokkal.

Itt csak egy bemenetet alkalmazunk,

pl. levegőnyomást.

Nézzünk egy pár remek példát
a puha robotokra!

Ez itt a Harvardon kifejlesztett cukiság.

A testén áthaladó
nyomáshullámok hatására sétál,

és hajlékonyságának hála
alacsony híd alatt is átcsúszik,

és továbbmegy,

aztán kicsit másként, de továbbmegy.

Ez igen kezdetleges prototípus,

de árammeghajtású erősebb
változata is elkészült már,

amelyet szabadon kiküldhetünk a világba,
mert megbirkózik a helyzettel,

pl. a rajta áthajtó autóval,

és tovább működik.

Cuki.

(Nevetés)

Vagy a robothal,
amely úgy úszik, mint az igazi.

Azért, mert uszonyát
elosztott meghajtás mozgatja,

ezt is a levegőnyomás működteti.

Az MIT-ben készült,

és persze, van robotpolipunk is.

Egyike volt az első projekteknek,

melyet puha robotok terén kifejlesztettek.

Ez mesterséges polipkar,

de a gépezetet több karral építettük meg,

hogy egyszerűen vízbe dobhassuk,

és látható, hogy úszkál,
és tengeralatti kutatást végez:

másként, mint a merev robotok szoktak.

Nagyon fontos ez kényes
környezetben, pl. korallzátonyoknál.

Térjünk csak vissza a földre!

Ezt a növekvő robotot

stanfordi munkatársaim fejlesztették ki.

A kamera felülre van rögzítve.

A robot annyiból különleges,

hogy levegőnyomás hatására nő,

míg a test többi része továbbra is
szorosan tapad a környezetéhez.

Ehhez az ihletet növények,
nem pedig állatok adták,

amelyek az anyagok között hasonlóan nőnek,

így kezelni tudja a nagyszámú
különböző helyzetet a robot.

Ám én biomedikális mérnök vagyok,

és tán a gyógyítás területére
kidolgozott alkalmazásokat

szeretem a legjobban,

és nehéz elgondolni szorosabb
kapcsolatot az emberi testtel,

mint ami a testben végbemegy,

pl. lehető legkevésbé invazív
beavatkozás végzésekor.

Robot segítheti a sebészeket,

mert be kell hatolniuk a testbe

kis nyílásokon keresztül,
egyenes műszerekkel.

E műszerek nagyon kényes
szervekkel kerülnek kapcsolatba

igen bizonytalan környezetben,

pedig ezt biztonságosan kell megtenni.

Akárcsak a kamera testbe juttatását.

Sebészi szem bejuttatása műtéti területre

merev eszközzel,
pl. hagyományos endoszkóppal

igen kényes feladatnak bizonyulhat.

Korábbi európai kutatócsoportommal

ezt a sebészeti kamerás
puha robotot fejlesztettük ki,

amely jelentősen eltér a hagyományos
endoszkóptól.

A miénk a modul hajlékonyságának
köszönhetően mozog,

és a modul minden irányban
hajlítható és meghosszabbítható.

Sebészek arra használták,
hogy vele eltérő irányból figyeljék

a más eszközökkel végzett beavatkozásokat.

Nem számít, hogy eközben
mihez érnek hozzá.

Itt a puha robot működés közben látható,

éppen behatolás közben.

Ez testszimulátor, nem valódi emberi test.

Szabadon mozog.

Világítás is van,

mert többnyire nincs nagy fény
a test belsejében.

Remélhetőleg.

(Nevetés)

Néha a sebészeti beavatkozás
egyszerű tűvel végezhető.

Stanfordban hajlékony tű
kifejlesztésén dolgozunk,

afféle nagyon vékony puha roboton,

amely mechanikailag szövetben
való beavatkozásra van tervezve,

és tömör szervben irányítható.

Ez teszi lehetővé különböző
célpontok, pl. daganatok elérését

tömör szerv mélyén

egyetlen szúrásponton keresztül.

Megkerülhető vele az a képlet,

amelyet a célra tartás közben
el akarunk kerülni.

Nyilvánvaló, hogy a robotika
terén izgalmas időket élünk.

Robotjainknak puha
szerkezetekkel kell boldogulniuk,

s ez erőpróbáló új kérdések elé állítja

a robotikával foglalkozókat.

Még csak most kezdjük tanulni,
hogyan szabályozzuk,

e hajlékony szerkezeteket,
és hogy helyezzük el az érzékelőket.

Persze, még csak közel sem kerültük ahhoz,

amire a természet
az evolúció évmilliói alatt rájött.

De egyet biztosan tudok:

a robotok puhábbá
és biztonságosabbá válnak,

és az emberek segítségére lesznek.

Köszönöm.

(Taps)