26.10.2010

Молотый кофе обеспечил роботов универсальным захватом

Он одинаково аккуратно способен удерживать молоток и лампочку, сырое яйцо и монетку, авторучку и амортизатор, ничего заранее о них не зная. Таков новый робототехнический манипулятор – один из самых деликатных в мире. Чтобы создать его, разработчикам понадобилось всего ничего: немного технического мастерства, резиновый мячик и молотый кофе.

Универсальный робототехнический захват (universal robotic gripper) построили учёные и инженеры из университетов Чикаго (UChicago) и Корнелла (Cornell), корпорации iRobot и пентагоновского агентства передовых оборонных исследований DARPA.

Ключевая деталь новинки – шарик из латекса, набитый молотым кофе, но не туго. Когда робот опускает шарик на предмет, поверхность манипулятора легко деформируется, словно обнимая все выступы. Далее из шарика откачивается воздух, частицы кофе тут же сцепляются между собой и превращают захват в твёрдое тело.

Один из авторов системы Ход Липсон (Hod Lipson) из Корнелла объясняет: «Зёрна кофе похожи на множество мелких шестерёнок. Когда они не прижаты друг к другу, зёрнышки могут переворачиваться и „течь“. Если же они хотя бы немного сдавлены, „зубья“ блокируются и весь массив становится твёрдым».

Компания iRobot, кстати, не первый раз сотрудничает с чикагскими исследователями: ранее по заказу DARPA эти же партнёры явили на свет прототип растекающегося химбота. И в последнем применялся похожий принцип. В роботе было устроено множество отсеков с россыпью твёрдых частиц. Заполнение этих камер воздухом или его откачка меняли форму и твёрдость соответствующего участка машины.

Эффект «перемены зажимания» (jamming transition) можно найти в быту. Вакуумированный пакет со всё тем же молотым кофе твёрд едва ли не как кирпич до тех пор, пока не вскроешь упаковку и не впустишь в неё воздух.

Физики используют эту концепцию и эту модель для прогнозирования поведения широкого спектра неупорядоченных аморфных материалов, которые в зависимости от условий демонстрируют свойства жидкости и твёрдого тела.

В принципе, практически любой гранулированный материал подойдёт для наполнения универсального манипулятора, хотя и с разными результатами. Наверное, в будущем для таких механизмов удастся подобрать какой-нибудь полимер.

Сами создатели устройства поначалу испытывали в роли наполнителя песок, микроскопические стеклянные шарики, рис, кус-кус и даже перемолотые шины. В конце концов учёные остановились на кофе. У него оказалось самое удачное сочетание хороших удерживающих свойств и низкого веса.

Физики выделили три механизма, помогающие создавать удерживающую силу: трение, разряжение и блокировку частей диковинного манипулятора. (Результаты испытания устройства его авторы опубликовали в статье в PNAS, смотрите также пресс-релиз университета Чикаго.)

Мягкий универсальный захват может пригодиться в разных областях — от военной (бережное обращение со взрывными устройствами) до медицинской (протезы, хирургические роботы). Более крупные «шарики с кофе» могли бы поднимать со стола сразу много мелких предметов без необходимости в их распознавании системами машинного зрения. И похожие манипуляторы могли бы позволить роботам ходить по вертикальным неровным поверхностям.

Создание опытного образца универсального манипулятора финансировало DARPA. Но дальнейшая судьба изобретения туманна. Со слов Липсона, построенный захват несложен и мог бы оказаться на рынке хоть завтра. Видимо, это прозрачный намёк в сторону корпорации iRobot, но та о внедрении новинки пока ничего не говорит.

Леонид Попов

Источники:

1. MEMBRANA