Мягкий робот

Большинство людей привыкло думать, что роботы — это электромеханические устройства, управляемые компьютерами. Однако существуют и менее распространенные конструкции на принципиально иной элементной базе. Например, пневматические, у которых даже мозги состоят из воздуха, вернее, из набора воздушных клапанов, которые служат управляющими логическими элементами.

Недорогие в производстве мягкие роботы могут показаться простыми детскими игрушками. Они безопасны и не повреждают окружающие предметы. Такие роботы необходимы в тех редких случаях, когда нельзя использовать электричество, к примеру при авариях на шахтах с взрывоопасным метаном. Элементы пневматических роботов можно использовать и в классической робототехнике, да и самими мягкими роботами иногда управляет электроника. Разработка таких перспективных устройств только начинается.

Недавно в ведущем американском журнале появилась статья инженеров Калифорнийского университета в Сан-Диего, создавших под руководством профессора Майкла Толли первый прототип мягкого робота, способного ходить на четырех ногах. Для передвижения, огибания препятствий и разворота ему нужен только воздух, подаваемый под давлением по тонкому гибкому шлангу.

Мозг робота — это система пневматических трубок и десятка мягких клапанов, соединенных в замкнутые цепи. Разработчики внедрили рефлекторные принципы организации движения, которые использует нервная система млекопитающих. При шаге и беге их нейронные цепи ритмически выдают повторяющиеся последовательности сигналов. Аналогично система осциллирующих клапанных цепей робота контролирует порядок подачи сжатого воздуха к его ногам, в результате чего и происходит их согласованное перемещение.

Каждая нога прикреплена к туловищу под углом 45° и представляет собой жгут из трех гофрированных трубок. Когда пневмомозг повышает давление в одной из трубок, вся нога равномерно изгибается в сторону двух других. Если робот коснулся ногой какого-то объекта, в ней изменяется давление. Система это чувствует и корректирует направление движения. Также у него есть механический датчик — вынесенная вперед трубочка с жидкостью. При контакте, например, со стенкой в ней увеличивается давление жидкости, и робот дает задний ход. Внешне его движения напоминают перемещения черепахи: она тоже, казалось бы, бестолково тычется в стенку, прежде чем развернуться.

Ученым впервые удалось заставить мягкого робота ходить самостоятельно, то есть без внешней управляющей системы. Это решающий шаг к полностью автономным и очень легким пневматическим конструкциям. Профессор Толли заявил, что хотя разработка представляет собой принципиально новую и самую простую реализацию концепции воздушной нервной системы, однако ее принципы позволят создать намного более сложный искусственный мозг. В будущем исследователи надеются научить робота передвигаться по пересеченной местности и преодолевать препятствия.

(Science Robotics 2021, 6, 51)