Zoorobotică: o nouă generație de roboți bestiali este pe cale să iasă din laborator
Până de curând, majoritatea roboți ar putea fi împărțit aproximativ în două tipuri. Widgetophora sunt dispozitive cu gheare, găleți și roți, care constau doar din piese esențiale și nu pretindeau că sunt diferite de alte mașini (gândiți-vă la robotul R2-D2 din Star Wars).
Al doilea tip, antropoizi, care, dimpotrivă, își imită creatorii în toate felurile posibile - aceste creaturi au brațe și mâini, picioare și picioare, precum și fețe (amintiți-vă de androidul C-3PO din aceeași saga fantastică). Cei câțiva roboți umanoizi creați care se încadrau între aceste categorii semănau de obicei cu animalele de companie (de exemplu, câinele robot AIBO de la Sony) și nu erau altceva decât jucării distractive.
Dar aceasta nu mai este o jucărie - robotiștilor le-a trecut prin minte (dar cu întârziere) că au trecut cu vederea ceva. Marele designer natural - evoluția - a rezolvat probleme pe care nici widgetoforul, nici antropoidele nu le pot face față. Deci, de ce să nu imitem aceste modele dovedite, s-au gândit inginerii, mai degrabă decât să încerce să depășească 4 miliarde de ani de selecție naturală?
Rezultatul este o varietate vibrantă de roboți bestiali. Acum, inginerii copiază nu numai câini, ci și scorpie extrem de sensibile, lamprede cu păsări de apă, caracatițe, șopârle târâtoare și scoici. Oamenii de știință încearcă chiar să imite insectele sub formă de roboți care iau în aer dând din aripi. Această linie de cercetare a împins widgetoforul și antropoidele deoparte. Dar tipul asemănător animalelor a venit cu încredere în prim-plan.
Exemplul Ceciliei Lasky și al grupului de cercetători pe care îl conduce la Școala de Studii Avansate numită după Sfânta Ana din Pisa este o bună ilustrare a acestei tendințe. Ei sunt partea principală a unui consorțiu internațional pentru a crea o caracatiță robot.
Pentru a crea un cefalopod artificial, oamenii de știință au început cu ucigașul - la propriu și la figurat - organul acestui animal: tentacule flexibile. Labele vertebratelor sunt proiectate astfel încât mușchii să le miște, iar oasele să poarte greutate. Și tentaculele unei caracatițe nu au oase, așa că mușchii ei trebuie să facă ambele. Avantajul este că, pe lângă prinderea strânsă a obiectelor, tentaculul poate ajunge și la astfel de colțuri și colțuri și se târăște în astfel de crăpături care sunt inaccesibile vertebratelor cu labe de dimensiuni similare.
După ce au studiat tentaculele, Lasky și grupul ei au creat un tentacul artificial care se comportă la fel ca unul natural. Învelișul său exterior este realizat din silicon și are senzori de presiune care transmit informații despre obiectele pe care tentaculul le atinge. În interiorul carcasei sunt cabluri și arcuri realizate dintr-un aliaj de nichel-titan deosebit de elastic. Acest lucru permite tentaculului să se înfășoare în jurul unui obiect într-o mișcare surprinzător de naturală.
Competiții create de om
Până acum, munca lui Lasky poate fi descrisă mai mult ca o caracatiță cu un singur picior, dar ea plănuiește să corecteze această situație în doi ani, adăugând încă șapte tentacule și un sistem de control și coordonare. Scopul este de a crea o mașină automată care vă va ajuta să efectuați lucrări subacvatice complexe, de exemplu, să închideți supapele pe conductele de petrol cu scurgeri.
Un alt grup de ingineri condus de Paolo Dario și Cesare Stefanini din aceeași unitate reproduce și animale acvatice, cum ar fi lamprele.
Lampreele sunt cele mai simple vertebrate ale timpului nostru. Ca și caracatițele, nu au oase (deși au un schelet cartilaginos rudimentar). Sistemul lor nervos este și el simplu și, prin urmare, este bine să începem cu ei studiul structurii neuronale, a cărei dezvoltare a culminat în cele din urmă cu formarea creierului uman. Așadar, grupul lui Stan Grillner de la Institutul Karolinska din Stockholm a studiat lamprele de ani de zile pentru a obține o înțelegere mai profundă a modului în care funcționează sistemul nervos al vertebratelor.
În ultimul timp, au luat în considerare o versiune robot a lamprei. Aparatul se numește „Lampetra”; este alcătuită din segmente circulare, asemănătoare vertebrelor cartilaginoase ale acestui animal. Fiecărui segment este atașat un electromagnet care activează un curent care curge de la cap la coadă, similar cu transmiterea unui semnal nervos la un animal viu. Deci, segmentul mai întâi atrage și apoi eliberează următorul segment, creând o mișcare asemănătoare unui val care împinge munca înainte.
Lampetra are ochi în formă de camere mici și poate folosi informațiile despre culoare și formă adunate de la ei pentru a evita obstacolele. Scopul principal al proiectului este de a explica modul în care vertebratele folosesc percepția pentru a naviga atunci când se mișcă. Dar și sistemul unic de propulsie al lui Lampetra ar putea fi util, deoarece se dovedește a fi o modalitate foarte eficientă prin care robotul se poate propulsa prin apă.
Un alt zoolog care folosește roboți pentru a studia comportamentul animalelor reale, Daniel German de la Universitatea din Zurich, cercetează moluștele și construiește versiuni robotizate ale acestora. El încearcă să înțeleagă modul în care forma cochiliei afectează șansele unui animal de a supraviețui.
Multe tipuri de moluște evită prădătorii prin adâncirea în fundul mării. Pentru a face acest lucru, ei mișcă alternativ cochilia și „piciorul” moale, muscular, care este conținut în coajă. Aceste două părți acționează la rândul lor ca o ancoră, în timp ce a doua parte sapă în continuare fundul. Moluștele slăbesc și depozitele sedimentare cu jeturi de apă pe care le eliberează din cochilie. Datorită acestor dispozitive, în caz de pericol, acestea pot dispărea din vedere în câteva secunde.
Pentru a înțelege cum se întâmplă de fapt acest lucru, Herman a proiectat un robot cu scoici. Are o înveliș de bivalve, două vene care pot aduce cochiliile împreună și despărțite, precum și o mică pompă care împinge apa. Cercetătorul încă lucrează la structura „piciorului”. Când este convins că un astfel de mecanism poate scoate vizuini cu succes, organizează concursuri între roboți de scoici cu diverse forme de scoici pentru a vedea care formă este mai eficientă. Herman plănuiește să recreeze mai multe moluște dispărute. Când omologii lor mecanici arată ce pot face, el poate testa ipoteza conform căreia scoicile moderne au supraviețuit, deoarece forma lor le permite să pătrundă în fundul mării mai eficient decât soiurile mai vechi.
Tine strans
Proiectele menționate mai sus nu sunt doar de interes științific, ci și de orientare practică. Un bun exemplu este StickybotIII (de la sticky și robot), un robot gecko dezvoltat de o echipă de cercetare condusă de Mark Cutkosky.
Oamenii s-au întrebat de multă vreme cum pot gecoșii să se cațără pe pereți și să treacă peste tavane. Un robot cu astfel de abilități ar fi util în diverse domenii. Secretul geckoului este că degetele sale sunt acoperite cu șiruri de formațiuni delicate, asemănătoare cu cicatrici, care sunt vizibile pe amprentele umane, dar cu adâncituri mari. Când un deget este apăsat pe o suprafață, moleculele din aceste cicatrici atrag moleculele de suprafață printr-un fenomen electrostatic numit forță van der Waals. Dacă animalul (sau robotul) nu este prea greu, această forță este suficientă pentru a menține degetele în contact cu suprafața.
Ca un gecko adevărat, Stickybot III are patru picioare, iar degetele de la picioare sunt acoperite cu cicatrici similare. Această șopârlă mecanică este capabilă de aceleași trucuri ca și una vie: nu poate doar să se cațără pe un perete vertical, ci și să depășească un perete cu o margine.
Utilizarea roboților zoomorfi nu se limitează la metode viclene de mișcare. De asemenea, pot imita organele de simț, a căror sensibilitate depășește cu mult abilitățile umane. De exemplu, Tony Prescott și echipa sa de cercetători de la Universitatea din Sheffield (Anglia) încearcă să recreeze antenele hipersensibile ale scorpiei pigmee.
Acești scorpii trăiesc în subteran și își folosesc antenele pentru orientare atunci când se deplasează în vizuinile lor. Cercetătorii britanici au studiat videoclipurile cu mișcare lentă cu scorpie și au descoperit că își mișcă constant antenele, atingând de două ori tot ceea ce pare interesant.
Folosind aceste informații, cercetătorii au proiectat Shrewbot (din limba engleză Shrew „shrew” și robot), care reproduce structura capului acestui mic animal. Aparatul are 18 antene de lungimi diferite; un program special le conduce, fiecare independent, și utilizează informațiile colectate pentru a decide dacă obiectul merită explorat în continuare. Până acum, Shrewbot poate deosebi o suprafață netedă de una canelată. Cercetătorii speră că va fi capabil să recunoască în curând forme de bază, cum ar fi sfere, cuburi și cilindri. Planurile pentru viitor sunt construirea unui robot care să poată funcționa acolo unde vederea este de puțin ajutor, de exemplu, în clădirile pline de fum.
Toate acestea sunt foarte bune, iar robotul de salvare este un lucru foarte util. Dar mulți ingineri sunt deosebit de dornici să creeze un robot care să se poată mișca ca insectele: zboară făcându-și aripile și plutește, se înalță în aer. Echipați cu o cameră, roboți minusculi zburători de acest tip s-ar putea strecura în locuri prea mici sau periculoase pentru oameni, de exemplu, buncăre ostile, și pot raporta ce se întâmplă în ele.
Cercetătorii conduși de Rick Ruisink de la Universitatea de Tehnologie Delft (Olanda) au dezvoltat DelFly, o versiune robotică a unui fluture care are două perechi de aripi și un motor electric care îi face să bată. DelFly poate zbura rapid sau poate pluti în aer pentru a obține o vedere mai bună a unui anumit loc. Prima versiune este controlată de la distanță, adică nu este un robot real, autonom. Dar este echipat cu o cameră video și poate folosi informațiile colectate de la aceasta pentru a regla altitudinea și direcția zborului. Cercetătorii speră că vor putea extinde capacitățile creației lor, astfel încât aceasta să devină complet autonomă în viitor.
zbor de fantezie
Un alt robot zburător, AirBurr, proiectat de Jean-Christopher Züfri de la Ecole Polytechnique din Lausanne, este construit diferit. În exterior, nu seamănă deloc cu o insectă, dar se comportă exact ca o insectă. Acest lucru se manifestă, în special, în modul în care face față obstacolelor. În loc să-i evite cu toată puterea, el se poate recupera rapid după o coliziune accidentală cu un perete și poate zbura mai departe. Pentru a face acest lucru, aripa în formă de lacrimă și elicele mici sunt protejate de tije flexibile care preiau lovitura, iar robotul în sine este echilibrat astfel încât, chiar dacă cade la pământ, este întotdeauna cu elicea în sus pentru a decola imediat din nou. in aer. Prin aceasta, seamănă cu o insectă enervantă care zboară în jurul camerei tale, în ciuda tuturor încercărilor de a o opri cu un zburător de muște.
Rezultatul acestui studiu este că un robot nu trebuie să arate ca un animal pentru a-și imita comportamentul. Roboții viitorului se vor asemăna probabil cu monștrii medievali: capete de scorpii, tentaculele unei caracatițe, corpul unei lamprede. Dar, cel mai probabil, vor dezvolta dispozitive nu universale, ci specializate care vor coopera între ele: aeronavele de recunoaștere vor transmite informații către lucrările de la sol sau pe apă, fiecare dintre acestea își va îndeplini propria sarcină specială. Împreună vor forma, s-ar putea spune, o ecosferă robotică.
informații