Inżynierowie robotycy tworzą karaluchy cyborgi, muchy robotów i nie tylko

Ciężkie roboty mają ograniczone możliwości. Budowanie mniejszych, bardziej zwinnych robotów, podobnych do tego, jak poruszają się i pracują owady, może znacznie rozszerzyć możliwości robotów.

„Jeśli myślimy o pracach z owadami, których zwierzęta nie mogą wykonywać, inspiruje nas to do zastanowienia się nad tym, co potrafią mniejsze roboty, a czego nie potrafią większe roboty” – powiedział Kevin Chen, adiunkt na wydziale elektrotechniki w MIT.

Google szkoli swoje boty, aby były bardziej ludzkie

Większość zmian znajduje się w fazie badań, lat marketingu. Oferują jednak kuszące rozwiązania dla wielu branż, w tym reagowania kryzysowego, rolnictwa i energetyki.

Eksperci twierdzą, że badania są prowadzone w szybkim tempie z kilku powodów. Czujniki elektroniczne stają się coraz mniejsze i lepsze, w dużej mierze dzięki badaniom nad smartwatchami. Technologie produkcyjne ewoluowały, ułatwiając budowanie małych części. Poprawia się również technologia małych baterii.

Ale wciąż jest wiele wyzwań. Małe roboty nie mogą kopiować obciążenia większego robota. Chociaż baterie są ulepszone, muszą być mniejsze i mocniejsze. Miniaturowe części, które przekształcają energię w zautomatyzowany ruch, zwane siłownikami, muszą stać się bardziej wydajne. Czujniki powinny być lżejsze.

„Zaczynamy od przyjrzenia się, w jaki sposób owady rozwiązują te problemy i robimy znaczne postępy” – powiedział Sawyer B. Fuller, adiunkt, który kieruje Autonomicznym Laboratorium Owadów Robotyki na Uniwersytecie Waszyngtońskim. „Ale jest wiele rzeczy… których jeszcze nie mamy.”

Naukowcy twierdzą, że większość badań nad robotyką owadów można podzielić na kilka obszarów. Niektórzy naukowcy budują całego robota, który ma naśladować ruch i wielkość prawdziwych owadów, takich jak pszczoły czy błyskawice. Inni zakładają elektronikę i kontrolują żywe owady, zasadniczo tworząc cyborgi (istoty o aspektach zarówno organicznych, jak i mechanicznych). Podczas gdy niektórzy eksperymentują z hybrydą – łącząc części żywego owada, takie jak czułki, z robotem.

Inżynierowie robotyczni rozpoczęli poszukiwania inspiracji dla owadów około 10 do 15 lat temu. W tamtym czasie studiowało ją tylko kilka laboratoriów badawczych. „Dziesięć lat temu, szczerze myślę, że brzmiało to bardziej jak science fiction” – powiedział Chen.

Jednak z biegiem lat w kosmos pojawiło się coraz więcej naukowców, w dużej mierze dzięki postępowi technologicznemu. Chen dodał, że duża część aktywności była napędzana przez rozwój włókien węglowych i laserów, które mogą tworzyć „bardzo fajne funkcje i złożone struktury” na małą skalę.

Czujniki elektroniczne również uległy poprawie, w dużej mierze dlatego, że smartfony i smartwatche pobudziły badania nad wytwarzaniem mniejszych części elektronicznych.

„Jeśli pomyślisz o swoim smartfonie, w środku jest wiele czujników” – powiedział Chen. „Możesz naprawdę skorzystać z wielu z tych czujników lub umieścić je w robotach na małą skalę”.

Kenjiro Fukuda, naukowiec z Riken Institute for Thin Devices w Japonii, kieruje zespołem, który mocuje czujniki drukowane w 3D do syczących świerszczy z Madagaskaru. Czujniki działają jak mały plecak zawierający panele słoneczne do zasilania; Czujnik z niebieskimi zębami do zdalnego sterowania i wyspecjalizowanych komputerów łączy się z odwłokiem karalucha i wysyła niewielkie wstrząsy, aby skierować go w lewo lub w prawo.

Fukuda wyobraża sobie, jak te karaluchy cyborgi pomagają w nagłych wypadkach, takich jak trzęsienie ziemi. Powiedział, że ocaleni mogą znajdować się pod gruzami i trudno ich dostrzec gołym okiem.

Karaluchy można kontrolować zdalnie, wypuszczając je do gruzu za pomocą czujników dwutlenku węgla i kamer na plecach, pomagając znaleźć ludzi potrzebujących ratunku.

„Wielcy ludzie nie mogą dostać się do gruzów” – powiedział Fukuda. „Małe robaki lub małe roboty mogą to zrobić”.

Fukuda powiedział, że mógłby również zastosować to podejście do innych owadów o dużych muszlach, takich jak chrząszcze i cykady. Dodał, że należy jednak wprowadzić kilka ulepszeń w konstrukcji akumulatora i ilości energii pobieranej przez części, zanim to rozwiązanie będzie mogło zostać wdrożone w prawdziwym życiu.

Jeśli chodzi o cyborgi, nie wszyscy są podekscytowani. Jeff Sebo, profesor bioetyki zwierząt na Uniwersytecie Nowojorskim, powiedział, że obawia się, że żywe owady czują się kontrolowane przez ludzi, gdy niosą ciężką technologię. Powiedział, że nie jest jasne, czy z tego powodu odczuwają ból, czy niepokój, ale to nie znaczy, że ludzie powinni to ignorować.

„Nie mówimy nawet gołosłownie o ich dobru ani o ich prawach” – powiedział. „Nawet nie sugerujemy, że istnieją przepisy, zasady lub rady nadzorcze, abyśmy mogli bezlitośnie próbować minimalizować szkody, jakie im wyrządzamy”.

Chen tworzy latające roboty z piorunów. Są to w pełni zautomatyzowane maszyny, które naśladują sposób, w jaki owady poruszają się, komunikują i latają.

Zainspirowany sposobem, w jaki pioruny wykorzystują elektroluminescencję do świecenia i komunikowania się w prawdziwym życiu, zespół Chena zbudował miękkie sztuczne mięśnie lotu, które kontrolują skrzydła robota i emitują kolorowe światło podczas lotu.

Chen powiedział, że może to umożliwić rojowi tych robotów komunikowanie się ze sobą i można je wykorzystać do zapylania upraw na pionowych farmach, a nawet w kosmosie.

„Gdybym chciał uprawiać rośliny w kosmosie, [I want] Zapylanie” – powiedział – „W tym scenariuszu latający robot byłby znacznie wygodniejszy niż wysyłanie pszczół”.

Fuller powiedział, że podczas tworzenia małych robotów patrzy na robaki, ponieważ jest to o wiele lepsze niż poleganie na wyobraźni. „Widzisz owady robiące szalone rzeczy, których nie jesteś w stanie zrobić na ludzkim poziomie” – powiedział. „Po prostu patrzymy, jak robią to owady”.

Zespół Fullera pracuje nad zbudowaniem robotycznej muchy. Podobnie jak karaluchy cyborgi, muchy mogą być wykorzystywane do misji poszukiwawczo-ratowniczych. Można je również spuścić do lotu i szukać wycieków chemicznych w powietrzu lub pęknięć w infrastrukturze rurociągu.

„Otworzysz torbę, a te małe muchy robotów latają” – powiedział. „Wtedy, gdy już wiesz, gdzie jest przeciek, możesz go naprawić”.

Fuller powiedział, że przyznaje, że jest jeszcze długa droga, zanim jego boty będą w stanie to zrobić. Trudno byłoby zminiaturyzować wszystkie czujniki, zasilacze i części potrzebne robotom do przesyłania danych i odsyłania ich z powrotem do zespołów. Wytwarzanie wystarczająco małych baterii, ale wystarczająco mocnych, aby zasilać roboty, jest trudnym wyzwaniem. Stabilne roboty, które mogą trzepotać skrzydłami, ale także przenoszą czujniki, wymagają dalszych badań projektowych.

Pomimo trudnościA Naukowcy pracują również nad pobraniem części żywych owadów, takich jak czułki ćmy, i przymocowaniem ich do robota, który pewnego dnia będzie mógł odczytać z nich dane. Powiedział, że ta hybrydowa metoda może być świetnym miejscem dla badaczy robotyki owadów.

„Myślę, że w ten sposób powinniśmy iść” – dodał Fuller. „Weź fragmenty biologii, które już działają dobrze, a resztę zautomatyzuj”.