Мягкие роботы вместо железных машин: почему такой должен быть в каждом доме

В Китае испытали необычный дрон. Он умеет подхватывать с поверхности земли небольшие предметы. Но не традиционным механическим манипулятором, а при помощи гибкого щупальца.

Идея подсмотрена у осьминога и воплощена в жизнь при помощи 3D-печати. Создатели утверждают, что такая гибкая рука может аккуратно захватывать хрупкие предметы, например, яйца или фрукты.

На что еще способен дрон-осьминог? И зачем уже другой робот копирует движения человека? Об этом рассказали в программе "Как устроен мир" с ведущим Тимофеем Баженовым на РЕН ТВ.

Сила плюс аккуратность: как работает гибридный захват новой механической руки

Это не первая попытка создать роботизированное щупальце. Известный производитель уже создал прототип манипулятора в виде щупальца с присосками. Цель – не слепое подражание природе, а попытка создать механическую руку, в которой удалось бы совместить силу и предельную аккуратность.

"На самом деле, осьминоги – обладатели удивительных захватов. Каждая присоска осьминога может выдерживать груз примерно 100 граммов. А это значит, что осьминог вполне может, присосавшись, поднять 200 килограммов", – рассказал ведущий Тимофей Баженов.

Интересно, что даже отрезанное щупальце осьминога какое-то время способно двигаться самостоятельно и выполнять те команды, которые отдал хозяин перед тем, как конечность отрезали. Вот и с механическим щупальцем сложность даже не в самой конструкции, а в программном обеспечении, которое и сделает его работу точной.

"Все это управляется его центральной нервной системой, его мозгом. И работает это в автоматическом режиме. Вряд ли осьминог задумывается, какую сейчас надо мышцу напрячь, и какую присоску прилепить к стене. После 1980-х годов вычислительная техника набралась такой мощности, что уже сейчас все это достаточно для нее просто – реализовывать такой алгоритм, который будет отдавать команды различным исполнительным органам, двигаться согласованно, присасываться, перемещаться, отпускать наоборот соответствующую присоску и так далее", – сообщил декан факультета робототехники и факультета беспилотных технологий Московского университета "Синергия" Александр Афонин.

Невероятно сильная "рука" помогает автомобилю выбраться из грязи и преодолеть препятствия

Еще один пример: тоже своего рода гибкая механическая рука. Когда она не нужна, ее можно компактно намотать на барабан, а при необходимости ухватить что-нибудь тяжелое и вытянуть на необходимое расстояние. Так работает лебедка.

Такое увидишь нечасто: локомотив вытягивает по крутому склону провалившийся в снег грузовик. И маневровый тепловоз, и полноприводный "Урал" – суровые и крепкие машины. Но не менее прочная вещь сам трос, за который вытягивают грузовик.

"Тросы для эвакуации автомобиля обычно многократно превышают необходимую нагрузку для того, чтобы они не лопнули в ответственный момент, когда происходит натяжение. Тяжелый грузовик весит более 10 тонн, соответственно такой трос должен выдерживать нагрузку более 25 тонн. Для эвакуации автомобиля "Урал", в частности, используется трос, который выдерживает нагрузку более 25 тонн", – уточнил автогонщик, автомеханик Андрей Севастьянов.

Электрическую лебедку можно установить практически на любой внедорожник. Но на "Урале" это устройство предусмотрено конструкцией. Лебедку вращают сразу три карданных вала, передавая на нее всю мощь работающего двигателя.

Карданный вал тоже напоминает механическую руку, только заточенную под одну функцию – вращение колес. Этот механизм нужен для того, чтобы дотянуться от расположенного впереди двигателя через коробку передач до задней оси. И передать дифференциалу момент силы от двигателя. Эта простая, казалось бы, деталь названа в честь ее знаменитого изобретателя – итальянского математика и инженера XVI века Джероламо Кардано.

Искусственные мышцы роботов – перспективное направление за счет гибкости и небольшого веса

Одна из основных проблем большинства механических рук – грубость движений, отсутствие гибкости и чувствительности. Из-за этого ими сложно работать с хрупкими предметами. С этой проблемой пытаются справиться, например, заменив электромоторы искусственными мышцами и сухожилиями.

Придумали, например, такое решение: вместо мышц в роботизированную руку помещают трубки. Когда насосы подают в них воду, трубки раздуваются и одновременно уменьшаются в длине, натягивая сухожилия и заставляя пальцы сгибаться.

Изобретатель в области робототехники Петр Тюрин считает, что на данный момент искусственные мышцы еще недостаточно эффективны. Однако для них скоро найдется особая сфера применения.

"Если сравнить искусственные мышцы и электромоторы, они за счет своей мягкости не нанесут вред. Например, если мой робот упадет, он весит 35 килограммов, он повредит какую-то поверхность. Например, если отправить его на Международную космическую станцию, это 35 килограммов веса. Если будет робот из искусственных мышц, это будет килограммов 10-15. Это и по деньгам будет выгодно таких мягких роботов применять", – считает робототехник, создатель робота-гуманоида Петр Тюрин.

Новая технология помогает заменить осязание оптическим распознаванием. Как это работает: непосредственно в пальцах манипулятора расположены видеокамеры. Пальцы заключены в оболочку из прозрачного силикона. При касании предмета на поверхности оболочки появляется объемный отпечаток, который фиксирует камера.

"Это применено в американском роботе, и это решение позволило осуществлять в моменте контроль качества. То есть, как обычный человек на производстве работает: он что-то собрал, поднес к глазам и произвел контроль качества. А данное решение позволяет в реальном времени – собрал деталь и дальше, собрал деталь и дальше. Ему не нужно будет даже включать зрение, подносить к своей голове", – отметил эксперт.

Роботы-манипуляторы копируют движения человека и могут помочь хирургу

Как работают с радиоактивными материалами, если специалист отделен от них толстым свинцовым стеклом? Все так же – при помощи механических рук. То есть копирующего манипулятора.

Оператор действует управляющим механизмом, например, захватами, имитирующими пальцы рук. Исполнительный механизм воспроизводит те же движения на расстоянии.

"Копирующие манипуляторы используются сейчас практически во всех сферах робототехники. Самый мой любимый кейс – это медицина. Когда врач, хирург по сути как будто бы играет в компьютерную игру и спасает жизни. И это копирующий манипулятор", – сообщил создатель робота-гуманоида Петр Тюрин.

Еще больше интересного от РЕН ТВ – в канале "Рен. Знание" мессенджера "МАКС"