Neverovatan potencijal fleksibilnih, mekih robota

Roboti su dizajnirani zbog brzine i preciznosti - ali njihova rigidnost često ograničava način na koji se koriste. U ovom poučnom govoru, biomedicinski inženjer Đada Gerboni deli najnovija dostignuća u „mekoj robotici”, sve popularnijem polju koje ima za cilj stvaranje pokretnih mašina koje imitiraju prirodu, kao što je robotska hobotnica. Saznajte više o tome kako ove fleksibilne strukture mogu igrati ključnu ulogu u operativnim zahvatima, medicini i svakodnevnom životu.

Roboti, dakle.

Roboti mogu biti programirani tako

da obavljaju jedan zadatak milion puta
uz minimalne greške,

a nama je to vrlo teško, zar ne?

I vrlo je impresivno gledati
robote na delu.

Vidite ih samo.

Mogla bih da ih posmatram satima.

Vi ne?

Ono manje impresivno

je to da ako ove robote
iznesete van fabrika,

gde okruženje nije tako poznato
i kontrolisano poput ovog,

i date im jednostavan zadatak
koji ne zahteva preciznost

ovo se može dogoditi.

Otvaranje vrata, mislim,
koliko morate da budete precizni.

(Smeh)

Ili usled manje greške u merenju,

nije uspeo da dohvati ventil, i eto -

(Smeh)

obično ode u zaborav.

Ali zašto je to tako?

Već mnogo godina

roboti se dizajniraju tako da naglase
brzinu i preciznost,

a to podrazumeva vrlo
specifičnu arhitekturu.

Uzmimo za primer ruku robota

koja predstavlja vrlo dobro definisan
set krutih karika

i motora, koje se nazivaju pokretači,

i koji pomeraju karike između zglobova.

U ovakvoj strukturi

morate precizno da odredite okruženje,

dakle, šta se nalazi oko njega,

i morate da detaljno isprogramirate
svaki pokret

zglobova robota

jer i najmanja greška
može da dovede do ogromne greške,

možete da oštetite nešto
ili oštetite robota samog

ako je sklop previše tvrd.

Zato hajde da se pozabavimo time.

I nemojte da obraćate pažnju
na mozak robota

ili na to kako su isprogramirani,

već na njihova tela.

Očigledno da nešto nije kako treba

jer ono po čemu je robot precizan i snažan

takođe utiče i na stepen opasnosti
i efikasnosti u stvarnom svetu,

jer se njihova tela ne mogu deformisati

ili bolje prilagoditi interakciji
sa stvarnim svetom.

Hajde onda da razmislimo
o suprotnom pristupu,

o većem stepenu mekoće
od bilo čega oko nas.

Verovatno mislite da ništa ne možete
da postignete ako ste previše meki,

zar ne.

Međutim, priroda nas uči drugačije.

Primera radi, na dnu okeana,

ispod hiljada paskala
hidrostatičkog pritiska,

jedna vrlo meka životinja

se kreće i interaguje sa objektima
koji su daleko tvrđi od nje.

Ona hoda noseći ovu ljusku kokosa

zahvaljujući fleksibilnosti svojih pipaka,

koji služe kao noge i ruke.

I očigledno, hobotnica
može otvoriti teglu.

Prilično impresivno, zar ne?

Jasno je da za ovako nešto
nije potreban samo mozak životinje,

već i njeno telo,

a ovo je čist primer i verovatno
najjasniji do sada,

otelotvorene inteligencije

koju poseduju sva živa bića.

Svi mi to imamo.

Naše telo, njegov oblik,
materijal i struktura

igraju fudnamentalnu ulogu
tokom izvođenja nekog fizičkog zadatka

jer se mi možemo prilagoditi okruženju,

stoga ga možemo izvšiti sa uspehom
u različitim situacijama,

bez mnogo planiranja
i izračunavanja unapred.

Zašto onda ne bismo ubacili
nešto od te otelotvorene inteligencije

u naše robotske mašine

kako se više ne bismo oslanjali
na ekstenzivan rad

koji podrazumeva izračunavanje
i očitavanje?

Da bismo u tome uspeli,
možemo slediti strategiju prirode,

jer je, tokom evolucije, uradila
prilično zadivljujući posao

dizajniranja mašina
za interakciju sa okruženjem.

I nije teško primetiti da priroda
često koristi meke,

a umereno tvrde materijale.

I to se primenjuje u ovom
novom polju robotike

koje se naziva „meka robotika”,

a koja za glavni cilj ima
ne izradu super-preciznih mašina,

jer ih već imamo,

već izradu robota koji su spremni da
se suoče sa neočekivanim situacijama

u stvarnom svetu i mogu
da izađu u taj svet.

Ono zbog čega je robot mekan
je upravo njegovo fleksibilno telo,

izrađeno od materijala i struktura
koji trpe velike deformacije,

dakle nema krutih karika,

i drugo, kako bismo ih pomerali,
koristimo tzv. distribuirano pokretanje

i samim tim neprekidno imamo kontrolu
nad oblikom ovog vrlo fleksibilnog tela,

što za rezultat ima
mnogo karika i zglobova,

ali ne i krutu strukturu.

Stoga vam je jasno da je izrada
mekog robota vrlo drugačiji posao

u odnosu na tvrdu robotiku,
gde postoje karike, zupčanici, zavrtnji

koje morate da kombinujete
na vrlo definisan način.

Kod mekih robota, obično je potrebno
da samo napravite pokretač

ni iz čega,

ali oblikujete fleksibilan materijal

na način koji odgovara
zadatim parametrima.

Ovde možete deformisati strukturu

vrlo kompleksnog oblika,

ako želite da uradite isto
sa krutim karikama i zglobovima,

a ovde imamo samo jedan zadati parametar,

kao što je pritisak vazduha.

U redu, hajde da vidimo neke kul
meke robote.

Ovo je mališa kog su razvili
na univerzitetu Harvard,

a koji se kreće zahvaljujući talasima
pritiska duž njegovog tela,

i zahvaljujući toj fleksibilnosti,
robot može da se kreće ispod niskog mosta,

nastavi da hoda,

a zatim nastavi kretanje
malo drugačije nakon toga.

I ovo je tek preliminarni prototip,

ali se takođe radi na robusnijoj verziji
sa pokretačkom snagom

koja može da se primeni i interaguje
sa stvarnim svetom,

na primer, sa automobilom koji prolazi
pored ili preko njega...

i nastavi sa radom.

Simpatično je.

(Smeh)

Ili riba robot koja pliva
poput prave ribe u vodi

samo zato što ima mek rep
sa distribuiranim pokretanjem

koji koristi pritisak vazduha u mirovanju.

To je odradio MIT

i, naravno, imamo hobotnicu robota.

Ovo je, zapravo, jedan od prvih projekata

razvijenih u ovom novom polju
meke robotike.

Ovde vidimo veštački pipak,

ali je dizajnirana čitava mašina
sa nekoliko pipaka

koju možete baciti u vodu,

i vidite kako može da kruži okolo
i istražuje podvodni svet

na drugačiji način od krutih robota.

Ovo je vrlo važno za delikatna
okruženja poput koralnih grebena.

Vratimo se na zemlju.

Ovde imamo prikaz

iz ugla rastućeg robota
kog su razvile moje kolege sa Stanforda.

Na vrhu se nalazi kamera.

I ovaj robot,

budući da koristi pritisak vazduha,
raste sa vrha,

dok drugi deo tela ostaje u kontaktu
sa okruženjem.

Inspiracija za poduhvat dolazi
od biljaka, ne životinja,

koje rastu putem materijala
na sličan način,

stoga se može prilagoditi
raznim situacijama.

S obzirom na to
da sam biomedicinski inženjer,

pa primenu koju najviše volim

nalazim u polju medicine,

i vrlo je teško zamisliti
bližu interakciju sa ljudskim telom

od zalaženja u telo samo,

na primer, u cilju izvođenja
minimalno invazivne procedure.

Ovi roboti mogu biti
od velike pomoći hirurgu,

jer moraju da uđu u telo

pomoću malih rupa i pravih instrumenata,

a ovi instrumenti moraju interagovati
sa vrlo delikatnim strukturama

u vrlo neodređenom okruženju,

i vodeći računa o bezbednosti.

Pored toga, uvođenje kamere u telo,

kako bi hirurg imao uvid
u oblast koju operiše,

može predstavljati izazov ukoliko
se koristi krut štap,

poput klasičnog endoskopa.

Zajedno sa istraživačkom grupom u Evropi

razvili smo ovog mekog robota
za operaciju,

koji se umnogome razlikuje
od klasičnog endoskopa,

i koji može da se pomera zahvaljujući
fleksibilnom modulu

koji se savija u svim pravcima,
a takođe se može izdužiti.

Hirurzi jesu zapravo koristili ovaj izum
kako bi videli šta rade

sa drugim instrumentima
sa drugačijim uglom gledanja,

ne mareći za to šta se dodiruje usput.

Ovde možete videti mekog robota na delu,

koji samo uđe unutra.

Ovo je simulacija tela,
ne pravo ljudsko telo.

Ide u krug.

Postoji i svetlo jer, obično,

delovi vašeg tela nisu osvetljeni.

Nadamo se.

(Smeh)

Ponekad se hirurška intervencija obavi
samo jednom iglom,

a trenutno na Stanfordu radimo
na vrlo fleksibilnoj igli,

poput vrlo malog mekog robota

koji je mehanički dizajniran
za interakciju sa ovim tkivima

i manevrisanje kroz čvrst organ.

To omogućava pristup mnogim
različitim tačkama poput tumora,

duboko u čvrstom organu

pomoću jednog uboda iglom.

I time se, čak, može manevrisati unutar
strukture koju želite da izbegnete

na putu do željene tačke.

Složićemo se da je ovo vrlo
uzbudljivo vreme za robotiku.

Imamo robote dizajnirane za meke
strukture,

pa se postavljaju neka nova,
izazovna pitanja

zajednici robotike,

i zaista, tek počinjemo da učimo
kako da upravljamo,

stavljamo senzore
na ove fleksibilne strukture.

Ali naravno, nismo ni blizu toga
što je priroda shvatila

tokom milion godina evolucije.

Ali jedno zasigurno znam:

roboti će biti mekši i bezbedniji,

i pomagaće ljudima.

Hvala vam.

(Aplauz)