Расширение возможностей управления мягкой робототехникой

Мягкие роботизированные руки предлагают революционный подход к манипулированию объектами и взаимодействию с окружающей средой. В отличие от своих жестких аналогов, мягкие роботизированные руки изготавливаются из гибких материалов, таких как эластомеры или текстиль, и обычно приводятся в действие пневматическими или гидравлическими системами. Этот уникальный дизайн позволяет им сгибаться, деформироваться и адаптироваться к окружающей среде, предоставляя им широкий диапазон движений и ловкости.

Присущая мягким роботам гибкость и податливость позволяют им легко перемещаться в сложных и ограниченных пространствах. Например, они могут проникать в узкие щели, брать с собой хрупкие предметы, не причиняя им вреда, или даже перемещаться по захламленным помещениям. Это делает их особенно ценными в таких приложениях, как поисково-спасательные операции, исследования в опасных средах или медицинские процедуры, где точность и адаптируемость имеют решающее значение.

Однако именно эти свойства мы ценим в мягких роботизированных руках, из-за которых ими сложно управлять. Лучший способ разработать эффективный механизм контроля, который сможет справиться с гибкостью и деформируемостью используемых материалов, все еще остается активной областью исследований. Большинство современных решений основаны на решениях на основе камер, которые работают достаточно хорошо, но их нельзя использовать за пределами лабораторной среды в разнообразных реальных сценариях.

Команда, состоящая из исследователей из Школы перспективных исследований Сант-Анна и Национального университета Сингапура, подошла к этой проблеме с совершенно другой точки зрения. Понимая, что растительная жизнь охватывает практически все среды обитания на Земле и что многие растения мягкие и гибкие, как мягкие роботы, они разработали систему управления, основанную на движении растений. Они считали, что, приняв аналогичные принципы движения, они смогут создать мягкого робота, которым можно будет управлять практически в любых условиях, а не только в идеальных лабораторных условиях.

Вопреки распространенному мнению, растения действительно двигаются для достижения определенных целей, например, в поисках солнечного света или питательных веществ. Но в отличие от мышечной системы, которая используется людьми и животными для передвижения, движение растений регулируется ростом. Этого можно достичь, например, путем высвобождения гормонов, которые заставляют клетки на одной стороне стебля расти быстрее, чем на другой стороне. Исследователи описали этот процесс контроля роста как действие чего-то вроде децентрализованного вычислительного механизма.

Контроллер был реализован на модульном манипуляторе непрерывного действия с кабельным приводом и 9 степенями свободы. Три радиально расположенных привода позволяют рычагу сгибаться в шести основных направлениях. Датчики приближения были встроены рядом с концевым эффектором для предоставления информации о местоположении руки относительно цели. Инструменты искусственного интеллекта, основанные на поведении, состоящие из децентрализованных вычислительных агентов, использовались для моделирования механизма контролируемого роста растений.

Алгоритм обучения был обучен моделировать два типа движения растений — круговое движение и фототропизм. Циркумнутация — это спиральное движение, наблюдаемое у многих видов растений, в то время как фототропизм перемещает растение в определенном направлении, чтобы собрать больше солнечного света.

Эти два типа движения изначально используются на этапе исследования, на котором робот собирает информацию о своем окружении. За этим следует фаза вторичного достижения, во время которой рука движется к заранее определенной цели для достижения определенной цели.

Хотя это может показаться довольно простой архитектурой контроллера, она доказала свою эффективность. И что немаловажно, это первая система управления мягкой робототехникой, добившаяся успеха в реальных условиях. Исследователи отмечают, что их методы применимы к любой мягкой роботизированной руке с аналогичной системой привода, поэтому эта новая идея может стать основой для всех видов мягких роботов в будущем.

В настоящее время команда работает над расширением возможностей своего контроллера движений. Помимо достижения цели, они надеются также реализовать дополнительные функции, такие как отслеживание цели и скручивание всей руки.