Мы живем в мире, где многие представители фауны вынуждены адаптировать свои внешние особенности, чтобы выжить: от бабочек, способных отращивать крылья, до раков отшельников, сменяющих свои раковины. Люди не могут совершать такие метаморфозы, но пытаются создать функциональные объекты, которые способны адаптироваться к изменениям среды или новым задачам. Одно из направлений этой биомиметики — робототехника.

В популярных фильмах типа «Трансформеров» эксплуатируется образ многофункциональных роботов-конструкторов, но они имеют мало общего с реальностью: современные роботы по-прежнему остаются довольно негибкими. Ученые проектируют для каждой цели отдельного робота, каждая функциональная часть которого обычно четко фиксируется, поэтому их сложно назвать многозадачными.

Исследователи из Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта МТИ пытаются исправить эту ситуацию с помощью нового робота Primer, изменяющего форму. Primer своего рода «супергерой»: он может сменять функциональные экзоскелеты, словно наряды, благодаря которым сможет выполнять разные задачи.

Этот маленький кубический робот управляется магнитами: так он может ходить, катиться, парить и скользить. Экзоскелеты из листов пластика, которые при нагревании складываются в определенные формы, используют Primer в качестве сердечника, превращаясь в лодку, планер или колесо. Когда Primer завершает дело, он сбрасывает свою «кожу», погрузившись в воду, которая растворяет экзоскелет.


Такой подход, в основе которого лежит метаморфоза, ученые надеются расширить возможности одного робота, создавая «аксессуары» в зависимости от ситуации. Так у Primer с разными «костюмами» появляется ряд преимуществ. Например, оболочка Wheel-bot заставляет его перемещаться в два раза быстрее, чем Walk-bot. С Boat-bot робот может плавать по воде и носить на себе вдвое больше веса, чем без оболочки. Glider-bot позволяет роботу планировать в воздухе на большие расстояния, что может быть полезно для перемещения роботов или изменении среды.

Primer также может носить несколько скелетов сразу, один в другом, как матрешка. Например, надеть Walk-bot, а затем взаимодействовать с другим, бо?льшим экзоскелетом, с которым он может переносить объекты и перемещаться при этом на две длины собственного тела в секунду. Чтобы развернуть второй экзоскелет, робот с Walk-bot заезжает на лист пластика, который «окутывает» робота и образует соответствующую форму. Сам процесс создания экзоскелетов быстрый: новую «одежду» для Primer можно сделать за несколько часов. Уже готовые экзоскелеты складываются в нужную форму за несколько секунд.

Проект основывается на предыдущих разработках команды ученых, в том числе магнитных блоках, способных собираться в разные формы, и тонко настраиваемых микророботах из листов пластика. Исследователи утверждают, что проще разрабатывать больших роботов-трансформеров, чем маленьких. Эрик Диллер, эксперт по микророботам и доцент кафедры машиностроения в Торонтском университете, считает, что нынешняя работа ученых из МТИ может по праву считаться некоторым прогрессом по сравнению с их предыдущими разработками: они продемонстрировали устройство, которое реализует пять функциональных возможностей.

Предыдущие работы других ученых в большинстве случаев не выходили за рамки двух возможностей — «раскрытия» и «закрытия» формы. Команда предлагает множество потенциальных схем использования многофункциональных роботов, которым достаточно просто сменить «костюм». Например, если одного такого робота с несколькими экзоскелетами отмасштабировать в десятки раз, он мог бы перенести оборудование через реку, сложившись в форму лодки, а затем дотащить его по берегу до нужного места.

Следующим шагом станет изучение возможности сделать Primer еще более функциональным. Команда планирует научить его многому: от езды по воде и зарывания в песок до изменения цвета и маскировки.

Создатели робота уверены, что в будущем подобная технология пригодится в исследованиях космоса: роботов с экзоскелетами можно будет отправлять с миссиями на Марс, где они смогут выполнять различные задачи.

Научная работа опубликована в журнале Science Robotics 27 сентября
DOI: 10.1126/scirobotics.aao4369