Beyond the Metal - расследование мягких роботов в НАСА Лэнгли

Beyond the Metal - мягкие роботы NASA

В новую команду злодеев Паучьей вселенной входит блестящий ученый по имени Доктор Октопус, который использует гибкие роботизированные руки для совершения своих подлых дел. Его бионические руки могут бросать предметы, помогать быстро передвигаться в сценах боя и выполнять множество других функций. 

В то время как мы можем оставить злых гениев в фильмах, два гениальных интерна исследуют устройство, которое использовал суперзлодей, для жизнеспособности за пределами нашей планеты в исследовательском центре Лэнгли в НАСА в Хэмптоне, штат Вирджиния.

В рабочей лаборатории Лэнгли Чак Салливан и Джек Фитцпатрик разрабатывают серию мягкоприводных роботов. «То, что мы исследуем, - это жизнеспособность мягкой робототехники в исследовании космоса», - сказал Салливан.

В то время как слово «робот» вызывает в воображении образы металлических рычагов и механизмов, мягкие роботизированные приводы основаны на биоэффектах. Вдохновляясь природой мы созданием новые движения для роботов. Будучи сконструированы из очень гибких материалов, роботы могут двигаться подобно живым организмам, обеспечивая новые диапазоны движения, которые обычные роботы просто не могут иметь.

Космические применения этих приводов могут расширить роль роботов в разведкеи сборе информации. «Когда вы активируете такого робота, его движения будут зависеть от свойств материала», - сказал Фитцпатрик. «Кусок резины, идущий вдоль пальца, открывает для робота новые функции».

Разработка

На ранних этапах своих исследований Салливан и Фицпатрик изучают ряд свойств, чтобы понять, как приводы могут быть сконструированы и использованы в космосе. Их текущий процесс заключается в 3D-печати формы, а затем заливке гибкого вещества, такого как силикон. По своей конструкции привод имеет воздушные камеры, которые расширяются и сжимаются в зависимости от количества воздуха в них.

В настоящее время эти два исследователя управляют приводами через серию труб в воздушных пузырях, позволяя им управлять движением робота. Регулируя количество воздуха в камере мягкого роботизированного привода, он способен напрячься или расслабиться, как человеческая мышца. Мягкая робототехника - это относительно новая концепция. На самом деле, Салливан и Фицпатрик являются новичками в этой области.

Инженер-компьютерщик и главный исследователь Джеймс Нейлан вместе с одним из главных исследователей Мэттом Маленом разработали проект для исследования жизнеспособности мягких роботов в космосе. Салливан был представлен в 2015 году благодаря работе с монтажными группами в космосе. «Джеймс Нейлан и Мэтт Малин пригласили меня поработать над этим, зная, что я делал раньше», - сказал Салливан. Фитцпатрик, на своей третьей стажировке в Лэнгли, также никогда не слышал о мягкой робототехнике до этого. «Это звучало как интересный проект, и я хотел узнать о нем больше», - сказал Фицпатрик.

Создание актуатора - это только первый шаг. Салливан и Фицпатрик начинают с нуля, исследуя, как эту технологию можно использовать в космосе для сборки и разведки. Исходя из своих исследований, они надеются понять, какие другие приложения мягкой робототехники могли бы существовать в будущем. Для этого им необходимо создать конструкции привода и проверить их в серии экспериментов.

Научный метод диктует, что при создании эксперимента исследователь сначала строит гипотезу, затем проверяет эксперимент и затем анализирует собранные данные. Оттуда устранение неполадок обнаруженной новой информации позволяет задать новые вопросы: что сработало? Что не так? Что следует изменить дальше? Оттуда исследователь вносит изменения в эксперимент и пытается снова, собирая новые данные и анализируя информацию.

Процесс может повторяться до тех пор, пока в экспериментах не будет накоплено достаточно данных, чтобы прийти к выводу, отвечающему исходной гипотезе. Это то, что делают Салливан и Фицпатрик. Как исследователи, пара молодых специалистов определила четыре направления исследования свойств исполнительных механизмов: мобильность, соединение, выравнивание и формирование.

Основываясь на этих свойствах, Салливан и Фицпатрик планируют установить потенциальные возможности и ограничения мягкой робототехники при исследовании космоса. «Мы пытаемся увидеть основные возможности мягких роботов через эти четыре свойства. Таким образом, когда кто-то в будущем говорит, что, возможно, мягкая робототехника может быть полезна и в других отраслях, он может рассматривать нашу работу как основу», - говорит Салливан.

Свойства

Во-первых, это мобильность, которая позволяет понять, как робот может двигаться. Например, двигаясь по лунной поверхности. Присоединение, как второе ключевое свойство, жизненно важно для понимания изучения того, как роботы будут взаимодействовать и связываться друг с другом.

Два мягких робота могли соединиться вместе, чтобы создать большое временное укрытие. Третье свойство - как исполнительные механизмы могут успешно создавать или регулировать желаемую поверхность, например, временно заполнять пространство под модулем лунной среды обитания. «Это не обязательно должна быть плоская равнина. Это может быть другая форма поверхности», - говорит Фицпатрик.

Наконец, четвертое свойство - это укрепление, которое заключается в увеличении прочности материала путем создания давления в нем с помощью воздушных баллонов. «Мы используем привод для приведения мягкого робота в рабочее положение и фиксируем его на месте, используя технику глушения», - сказал Салливан. Эту технику можно использовать для пассивного укрепления другой структуры, например, пылевого щита.

«Мы рассматриваем эти четыре свойства как суть проблемы. Как только мы сможем выполнить это в отдельных модульных тестах, мы хотели бы найти способы их объединения, поэтому, возможно, мы сгруппируем мобильность и объединение», - пояснил Салливан. По словам Фитцпатрика, надежда состоит в том, чтобы использовать мягких роботов в «опасных, грязных или унылых» ситуациях, чтобы помочь астронавтам быть в безопасности и оставаться продуктивными во время их жизни в космосе и других планетарных телах.

В начале мая эксперты из различных дисциплин и областей приедут в Лэнгли, чтобы высказать свое мнение о разработках и исследованиях Фицпатрика и Салливана. Благодаря этому Салливан и Фицпатрик могут узнать о дополнительных приложениях и вопросах для дальнейшего изучения, так как проект будет продолжать свое развитие.

Автор статьи: Виктор Булавин