25.08.2016 11:10
alizar 33 14700 Источник

Робот Octobot. Фото: Институт бионической инженерии им. Висса

В последние годы учёные активно экспериментируют с мягкой электроникой. Мягкие эластичные предметы вообще удобнее в жизни, чем твёрдый металл и пластик. Это касается практически любых объектов. Электроника и роботы здесь не исключение. Поэтому вполне логично предположить, что будущее — именно за мягкими роботами. Такие эластичные и упругие кибернетические существа будут надеваться на голову и натягиваться на тело, приниматься внутрь. Они не боятся воды и коррозии, могут скользить или скатываться по наклонным поверхностям. Им не страшны повреждения, деформация и т.д. — у них много преимуществ перед жёсткими конструкциями [1] [2]. А ещё их так приятно гладить и похлопывать по упругому тельцу.

Полностью мягкие механизмы без единой твёрдой детали создавались и раньше, но это были довольно примитивные роботы вроде гусеницы. Сейчас инженеры из Гарвардского университета добились успеха, показав первого в мире полностью мягкого автономного робота Octobot в образе симпатичного осьминога, который двигается за счёт химической реакции восстановления перекиси водорода (H2O2).



Авторы изобретения из гарвадского Института бионической инженерии им. Висса считают, что такие роботы уже пригодны для массового производства по несложному техпроцессу, включая мягкие элементы питания и мягкие электронные схемы. Этот простой дизайн может стать ключевым компонентом для создания более сложных мягких роботов будущего.

Бoльшая часть деталей Octobot напечатана на 3D-принтере, а затем в его тело инкрустированы электропроводящие цепи и газовые сосуды методом литографии.


Газовые сосуды вдавливаются методом литографии. Иллюстрация: Институт бионической инженерии им. Висса


Технический процесс изготовления Octobot. Фото: Институт бионической инженерии им. Висса

Робот двигается за счёт газа, выделяемого из перекиси водорода — топлива. Жидкость перемещается по телу, а газ вздувает конечности. Учёные сконструировали хитрую сеть микрососудов для перемещения жидкости по всему телу. Эта сеть сосудов спланирована так, что при вздутии одних фрагментов конечностей сдуваются другие, в заранее определённой последовательности, которая позволяет роботу передвигаться. Алгоритм вздутия и сдутия реализован в простой логической схеме.


Логическая схема робота. Иллюстрация: Институт бионической инженерии им. Висса

Робот работает на 50% растворе перекиси водорода. Для сравнения, в большинстве бытовых продуктов обычно используется раствор 5%.

Робот может двигать конечностями самостоятельно, без внешнего управления, поэтому его считают автономным. Изменение давления в конечностях — основной способ передвижения для всех мягких роботов, и сейчас учёные впервые нашли способ запустить этот процесс полностью в автономном режиме.

Перекись водорода мгновенно распадается на воду и газообразный кислород при контакте с платиной на стенках каналов — в тех районах, где и происходит вздутие конечностей. Химическая реакция с перекисью водорода концентрацией 50% и 90% показана в видеоролике.



Газ занимает в 160 раз больше объёма, чем жидкость. За счёт этого Octobot двигает конечностями. Сейчас он может двигать щупальцами от 4 до 8 минут на одном миллилитре раствора перекиси водорода.

Сеть микрососудов спроектирована при участии известного химика Джорджа Уайтсайдса, лауреата множества престижных премий (согласно Википедии, это 1-й по цитируемости химик в мире за период с 1992 по 2002 годы, а также 1-й в мире по цитируемости из ныне живущих химиков в 2011 году, индекс Хирша = 169). Он тоже работает в Институте бионической инженерии им. Висса.


Сеть микрососудов робота Octobot под микроскопом. Иллюстрация: Институт бионической инженерии им. Висса

Конструкция выглядит многообещающе для некоторых сфер использования роботов, в том числе внутри человеческого тела. Конечно, физико-химическая автономная система сама по себе проще, чем привычные автономные роботы с компьютерным управлением, но это первая в мире такая конструкция, так сказать, proof-of-concept, то есть доказательство жизнеспособности идеи. Форм-фактор осьминога выбрали произвольно: «Мы решили, что осьминог просто выглядит классно, — говорит Майкл Венер (Michael Wehner), ведущий автор научной работы. — Мы подумали, что такой прикольный осьминог поможет привлечь людей в мягкую робототехнику».

В следующей версии разработчики хотят научить Octobot плавать и взаимодействовать с окружающими объектами. Для этого придётся усложнить его логическую схему и, возможно, усложнить сеть микрососудов.

Сейчас этот осьминог выглядит смешно и бесполезно, но он даёт возможность представить будущее, в котором мягкие автономные роботы станут реальными.

Научная работа «Интегрированный дизайн и стратегия производства полностью мягких, автономных роботов» опубликована 24 августа 2016 года в журнале Nature (doi:10.1038/nature19100, pdf).



Литература


[1] Rus, D. & Tolley, M. T. Design, fabrication and control of soft robots. Nature 521, 467–475 (2015). Вернуться к статье

[2] Wang, L. & Iida, F. Deformation in soft-matter robotics: a categorization and quantitative characterization. IEEE Robot. Autom. Mag. 22, 125–139 (2015). Вернуться к статье
Поделиться с друзьями
-->

Комментарии (33)


  1. madf
    25.08.2016 14:46
    #9531348
    +1

    ну до «робот» этой конструкции ещё очень далеко, а так асфиксичная игрушка :D


    1. Platon_msk
      25.08.2016 15:35
      #9531468
      +1

      Триггер в качестве мозга несколько ограничивает его функционал, да.


  1. i360u
    25.08.2016 16:03
    #9531530
    +8

    Тентакли! Сколько волнующих возможностей!


  1. SLY_G
    25.08.2016 16:07
    #9531538

    Водоробот


    1. ikaktys
      25.08.2016 16:29
      #9531610

      тогда уж кислородобот


  1. timurator91
    25.08.2016 16:10
    #9531546

    Стоит ли ждать развития в виде тентаклиевых монстров?


  1. OriSvet
    25.08.2016 16:10
    #9531548
    +4

    Секс-индустрия замерла в предвкушении.


  1. gsaw
    25.08.2016 16:21
    #9531578

    Не помню, то ли в моделисте конструкторе, то ли где еще, в восьмидесятых был предложен на конкурс похожий вариант конечностей для робота. Предлагалось их сделать гибкими и в зависимисости от того, в какую секцию нагнетался воздух они изгибались в разные стороны. Ими можно было захватывать предметы и использовать как ноги.

    То есть сам принцип давно известен. Кажется у пауков такой же. Тут просто необычная форма и и источник давления. Как манипулятор для мелких и хрупких деталей самое то наверное.


    1. SHVV
      25.08.2016 16:47
      #9531816

      Как-то так?


      1. gsaw
        25.08.2016 18:24
        #9532054

        Да, примерно в том же направлении и было. Я точно уж и не помню. Мне даже кажется это был Юный техник журнал, в рубрике «Патентное бюро ЮТ». Может тоже было три внутренних трубки или с наружи было какое то ограничение, так, что при повышении давления манипулятор сам закручивался в одну сторону, как у этого «осьминога».


        1. vconst
          26.08.2016 11:49
          #9533298

          Только у членистоногих экзоскелет с нормальной мускулатурой, никакой пневматики тем нет


          1. gsaw
            26.08.2016 12:12
            #9533336

            «По краю просомы имеется широкий слой мышечной ткани, который соединяет карапас и основания кокс, так называемый musculi laterales. Когда пауку нужно двигать ногами, он напрягает эти мышцы. В результате просома слегка сжимается, при этом повышается давление гемолимфы внутри неё. Stewart и Martin (1974) измерили это давление у Aphonopelma hentzi, получив (максимум) 480 мм.рт.ст. за одно усилие. Для сравнения, нормальное кровяное давление у человека – около 130 мм.рт.ст. в спокойном состоянии и повышается до 220 во время тяжёлой работы.

            Это давление передаётся по всей длине ноги, расправляя связки. Расслабляя мышцы-сгибатели соответствующих суставов, Паук может их (суставы) разогнуть. Обратите внимание, что связки при этом не растягиваются. Они больше похожи здесь на кузнечные мехи, нежели на воздушный шарик.»

            https://animalplanet.name/forum/viewtopic.php?style=11&t=136


            1. vconst
              26.08.2016 12:26
              #9533372

              Похоже на надмозговой перевод, особенно порадовал абзац про легкие, не стал бы я доверять ему


              1. gsaw
                26.08.2016 12:41
                #9533524

                http://www.nmbe.ch/sites/default/files/uploads/pubinv/2013_a_hydraulic_system.pdf

                По ссылке работа на английском более подробно описывающая принцип движения пауков

                «Hydraulic System of Locomotion»

                4.1 Introduction
                Spiders can be seen from a functional viewpoint as semi-hydraulic machines


                1. vconst
                  26.08.2016 12:49
                  #9533570

                  Интересная информация, спасибо. Забавно, что именно пауки так выделяются из членистоногих


              1. Polarisru
                26.08.2016 14:25
                #9533820

                У некоторых видов паукообразных (скакунчики, например) бимодальная дыхательная система, есть легкие.


    1. vconst
      25.08.2016 17:34
      #9531956

      То есть сам принцип давно известен. Кажется у пауков такой же
      Да неужели?


    1. relia
      25.08.2016 17:52
      #9531988

      «Мягкий» робот на пневмоприводе использует вполне себе такие твердые клапаны и компрессор (баллоны со сжатым газом). То есть в нем мягкие только поверхности манипуляторов.


      1. Garbus
        25.08.2016 19:38
        #9532184

        Ну тут весь вопрос в долговечности и стоимости. Получать сжатый газ химической реакцией наверняка накладнее, чем компрессором. А клапана на порядок проще в реализации и управлении, чем подобная штука.
        Гибкий робот интересная штука (в перспективе), но пока больше одно или другое, вместе сочетается с трудом.


        1. relia
          25.08.2016 21:22
          #9532330

          Данный робот двигается за счет преобразования химической энергии, а не превращения потенциальной энергии сжатого воздуха в кинетическую. И этим процессом достаточно легко управлять с помощью внешнего электромагнитного поля, к примеру. Сделал такого робота из белка, запустил его, разово заряженного перекисью водорода, в кровеносную систему человека и после окончания работ он там же и растворился без следа.


          1. Garbus
            26.08.2016 03:39
            #9532714

            Данный робот двигается за счет преобразования химической энергии, а не превращения потенциальной энергии сжатого воздуха в кинетическую.

            Кхм, двигается он да счет раздувания камер газом, просто его источник химический. А то по Вашей формулировке выходит что-то вроде мышц.

            P.S.Ну Вы и садист. Запускать в кровеносную систему робота, активно пузырящегося кислородом. :)


            1. relia
              26.08.2016 10:40
              #9533104

              Эээ… Ну это я так — с ходу написал. :) Да и на «выхлопной трубе» может быть какой-либо поглотитель или преобразователь высвобождающегося кислорода в безопасное для организма и его кровеносной системы соединение.


  1. hekke
    25.08.2016 23:20
    #9532514

    Мягкие роботы — слуги Матрицы? Экзистенция?
    https://www.kinopoisk.ru/film/7569/


  1. sens_boston
    26.08.2016 09:53
    #9532950

    Непонятно, почему этот, достаточно опасный (судя по ролику) движитель на химической реакции называют «роботом»?

    У моей шестилетней дочки есть игрушка, спрут (или осьминог?), сделанный из какой-то липкой и мягкой субстанции, наподобие силикона или желе (не разбираюсь в сортах китайского ...), который, будучи брошен на окрашенную стену, сползает вниз в течение 10-15 минут, спонтанно двигая щупальцами, притом безо всякого опасного топлива и платины, стоимость притом копеечная. Чем не «робот»? Не хватает только лауреата Нобелевской премии, чтобы слупить грант побогаче :D


    1. relia
      26.08.2016 10:07
      #9532990

      Причем тут примитивные детские игрушки, использующие для движения силу тяжести?


      1. sens_boston
        26.08.2016 10:17
        #9533012

        При том же, что и слово «робот» в переводе этой маркетинговой статьи.

        P.S. Что, теперь [tag_ирония] обязательно писать, чтобы шутка дошла?


        1. relia
          26.08.2016 10:38
          #9533098

          Шутка была в первом абзаце или втором? Лучше используйте лопату.

          Нормальный робот — самостоятельно выполняет запрограммированные его создателем действия. Ну, скорее «личинка робота», но области применения будут потом разработаны.


          1. sens_boston
            26.08.2016 16:29
            #9534072

            Не знаю, что посоветовать использовать вам, чтобы научиться понимать шутки.
            Что же касательно определения «робот», то, по вашему определению и обычные механические часы — «робот», и заводная игрушка — тоже «робот»…
            Статейка откровенно маркетинго-булшитовая; судя по тому, что ученые сразу побежали публиковаться в Nature, вместо разворачивания нормального бизнеса, эти «мягкие роботы» так и останутся в прототипах (разве что породят еще пару-тройку новых Ph.D).


            1. relia
              26.08.2016 16:55
              #9534140

              судя по тому, что ученые сразу побежали публиковаться в Nature, вместо разворачивания нормального бизнеса, эти «мягкие роботы» так и останутся в прототипах (разве что породят еще пару-тройку новых Ph.D)


              Вообще-то это нормальная практика для научного мира. Чай не в отечественных п/я и номерных городах работают. ;)


              1. sens_boston
                26.08.2016 17:08
                #9534178

                В чем тут «наука»-то? Что за открытие они совершили? Использовали 3D принтер?

                P.S. Не смотрел оригинал статейки, но если перевод не врет, то всю сущность «открытия» и данной «науки» можно выразить во фразе: «Мы решили, что осьминог просто выглядит классно, — говорит Майкл Венер (Michael Wehner), ведущий автор научной работы. — Мы подумали, что такой прикольный осьминог поможет привлечь людей в мягкую робототехнику».


  1. ru_vlad
    26.08.2016 10:30
    #9533056

    Помню где в журналах 60х годов (скорей всего Техника молодежи) читал о пневматической логике, там логические элементы ( триггеры, И, ИЛИ) были на воздушном носители.


    1. tossshik
      26.08.2016 11:59
      #9533318

      Рассказ в тему: https://habrahabr.ru/post/162053/


      1. relia
        26.08.2016 12:09
        #9533332

        Рассказчик в 2012 году как в воду глядел!

        — Именем Князя Питерского, давайте сюда декларацию. Что везем? Откуда?
        — Из Новосибирска. 256 мегабайт сертифицированных данных для Интернета Его Высокопревосходительства. Научные, метеорологические, новости, деловая и частная корреспонденция, — доложила я, зная, что таможня шутить не любит.
        — Открывайте, посмотрим.
        — Что, все 256 мегабайт смотреть будете?

        — Открывайте, разберемся…