A lágy robotika (soft robotics) a robotika egyik speciális részterülete, amelyben a robotok rugalmas anyagokból készülnek, hasonlók az élő organizmusokhoz. Ez a technológia a merev kapcsolatok létrehozása helyett a hajlékony anyagokból álló robotok tervezésére és gyártására koncentrál.
◼︎ Mikor a puha az erős
A lágy robotika alapjában véve egyfajta biomimetika: abból merít ötleteket, ahogy az élő szervezetek mozognak és alkalmazkodnak a környezetükhöz. A géprobotoknál nagyobb rugalmasságot és alkalmazkodóképességet tesznek lehetővé a feladatok elvégzésében, és emberek között is biztonságosabban működhetnek. Ezek a tulajdonságok a lágy robotok felhasználását ma elsősorban az orvostudomány és a gyártás területén teszik lehetővé.
Egy tipikus, lágy robotikai megoldás – amelyet a gepárdok biomechanikája ihletett, és az Észak-Karolinai Állami egyetem tudósai fejlesztették ki – jól reprezentálja a technológiában rejlő lehetőségeket. A mindössze 7 cm-es, 45 g-os robot igen gyorsan mozog betonfelületeken és vízben egyaránt, valamint képes finoman megfogni és felemelni a nehezebb tárgyakat. „A megoldás egy olyan rendszerre épül, amelyet rugóval működtetnek, és „bistabil” gerince van, azaz két nyugalmi, stabil állapottal is rendelkezik”, nyilatkozta a létrehozó egyetem mechanikai és repülőmérnöki karának adjunktusa.
LEAP – a nagy ugrás
A „normál” lágy robotok 0,8 testhossz/mp sebességgel is mozognak sík, szilárd felületen. A LEAP-osztályba (Lásd „Nanolexikon”!) tartozó eszközök pedig akár 2,7 testhossz/mp-et is képesek elérni. Ezek az új robotok már képesek meredek lejtőkön felfelé haladni, ami a talajra kisebb erőt kifejtő lágy robotok számára nagy kihívást jelent, vagy egyenesen megoldhatatlan feladatnak számít. „Azt is sikeresen megmutattuk, hogy több lágy robot képes együtt dolgozni, együttesen használva fogóeszközeiket a tárgyak megragadására. A robotok által kifejtett erő finomhangolásával képesek voltunk olyan finom tárgyakat is felemelni, mint egy tojás, de nemcsak ilyen könnyű, hanem 10 kilogrammos vagy annál nehezebb tárgyakat is”, mondta a kutatásvezető.
Morfológiai számítás intelligens anyagokkal és a tensegrity
A lágy robotika olyan anyagokat használ, mint a szilikonok, hidrogélek és polimerek az intelligens anyagok széles skálája mellett, amelyek stimuláció hatására képesek megváltoztatni a fizikai tulajdonságaikat, így a számítási funkcionalitást közvetlenül a robot testére bízzák. Ezt a koncepciót nevezik morfológiai számításnak.
Ezen túlmenően a lágy robotika figyelembe veszi a részben merev szerkezeteket, mint például a „tensegrity-” (Lásd „Nanolexikon”!) kialakításokat, az összecsukható robotokat, az origami alapú mechanizmusokat és folytathatnánk. A tervezési tér bővítése általánosságban is gazdagítja a robotikát, és teret nyit a radikálisan újszerű érzékelő-, és működtetőrendszerek használatára.
A már említett potenciálisan biztonságosabb emberi interakciók miatt a lágy robotikai rendszerek rendkívül jól alkalmazhatók nem invazív műtétekhez, testre helyezhető eszközökhöz, például rehabilitációhoz használható lágy exoskeletonokhoz, művégtagokhoz, valamint haptikus interfészek építéséhez. A robotfejlesztők olyan gépeket is építettek, amelyek energiahatékonyabban mozognak, például víz alatti környezetben vagy lábak mozgatásával történő haladáskor. Alkalmasak lehetnek továbbá kényes termékek kezelésére – például terménybetakarításra vagy az élelmiszer-előállítás folyamatai során – és képesek az ismeretlen (azaz be nem tanított formájú) tárgyak széles körét megragadni azok előzetes modellezése nélkül.
A lágy robotikai anyagok gyakran meglepően olcsók, sőt biológiailag lebomlóvá is tehetők, ami a fenntartható robotikai rendszerek egy teljesen új generációja előtt nyit utat. A megnövekedett tervezési tér mellett a területet az additív gyártási eljárások és újszerű anyagok fejlesztésének a közelmúltban felgyorsult fejlődése is hajtja.
A robot mint tervezési tér és élő rendszer
Kitágítja a robot fogalmát is a lágy robotika. Az intelligens és a biológiai rendszerekkel közvetlenül integrálható anyagok – például biológiai és mesterséges sejteket használó hibrid rendszerek – olyan gépekhez vezetnek, amelyek mozgása összetettebb, mint a jelenleg általánosan „robotikainak” nevezett rendszerek. A lágy robotok már most kezdenek morfológiailag alkalmazkodni környezetükhöz az interakciójuk alapján, és a jövőben még növekedni is képessé válnak majd, ahogy a xenobotok. (Lásd „Nanolexikon!”) Ez azt jelenti, hogy a lágy robotok nemcsak egy adott probléma és feladat statikus megoldására lesznek képesek – mint a jelenlegi merev robotok –, hanem egy dinamikus tervezési teret is kapunk velük, amely önmaga is képes tanulni és fejlődni.
| Nanolexikon
In silico: az „in situ” (a saját helyén), „in vivo” (élő szervezetben), „in vitro” (laboratóriumi környezetben) kifejezések mintájára a 80-as években kialakult kifejezés a számítógépes szimulációt jelenti. LEAP-osztály: a „leveraging elastic instabilities for amplified performance” azaz „a rugalmas bizonytalanságok kihasználása a magasabb teljesítményhez” kifejezés rövidítése. Egyrészt tiszteletre méltó a saját jelentést hordozóan kitalált rövidítés – leap = ugrás –, másrészt sajnos meglehetősen kereskedelmi jellegű. Tensegrity: a feszültség és integritás – itt: „egyben maradás” – szavak összevonásából keletkezett szó, feszültség alatti egyensúlynak fordítható, így működnek a csontos vázú élőlények végtagjai: minden izomcsoportnak van ellentétes hatású párja, ún. antagonistája, a végtag, a testhelyzet stabilitását az egymással szemben működő, nyugalmi helyzetben is feszült izmok adják. Ez a nyugalmi izomfeszültség az izomtónus. Xenobot: béka-őssejtekből 3D-nyomtatással kialakított mesterséges élő szövet, amelyet a „próbák és hibák” (elegánsabban: emberi megerősítésű gépi tanulás) módszerével meghatározott feladatok elvégzésére programoznak be. A xenobot táptalajon képes önállóan növekedni. Az eddigi legnagyobb xenobot mintegy 1 mm-es. |
Az élő rendszerek technológiai értelemben robusztusabbak, változatosabbak, összetettebbek, és jobban támogatják az emberi életet, mint bármely eddig megalkotott emberi technológia. Az új életformák létrehozására való képességünk azonban jelenleg még a már létező élő szervezetek vagy biomérnöki organoidok in vitro variálására korlátozódik. Ugyanakkor fejlesztés alatt áll már egy olyan méretezhető folyamat funkcionális, újszerű életformák létrehozásához, melyben az MI-támogatta módszerek automatikusan in silico (Lásd „Nanolexikon”!) terveznek meg különféle életformákat, melyek valamilyen kívánt funkciót hajtanak végre. Ezt követően egy sejtalapú építési eszköztár segítségével terveket készítenek az előre jelzett viselkedésű élő rendszerek létrehozásához is. Bár a folyamat egyes lépései még mindig kézi beavatkozást igényelnek, a jövőben a teljes automatizálás megnyitja az utat az egyedi, testre szabott élő rendszerek tervezése és telepítése előtt, számos ipari felhasználási céllal.
