"Нам, людям, на самом деле не нужно слишком много внешней информации, чтобы схватить объект, и мы считаем, что это происходит из-за податливых - или мягких - взаимодействий, которые происходят на интерфейсе между объектом и человеческой рукой", - говорит Юнге, аспирант вычислительного робота Инженерной школы. Лаборатория дизайна и изготовления (CREATE), возглавляемая Джози Хьюз. "Это соответствие - это то, что мы заинтересованы исследовать для роботов".

В робототехнике податливыми материалами считаются те, которые деформируются, сгибаются и сплющиваются. В случае роботизированной руки ADAPT от CREATE Lab (Адаптивная ловкая антропоморфная программируемая жесткость) податливые материалы относительно просты: полоски силикона, обернутые вокруг механического запястья и пальцев, плюс подпружиненные суставы в сочетании с гибкой роботизированной рукой. Но это стратегически распределенное соответствие - именно то, что позволяет устройству захватывать самые разнообразные объекты, используя "самоорганизующиеся" захваты, которые возникают автоматически, а не программируются.

В серии экспериментов рука ADAPT, которой можно управлять дистанционно, смогла поднять 24 предмета с вероятностью успеха 93%, используя самоорганизованные захваты, имитирующие естественный человеческий захват с прямым сходством в 68%. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications Engineering.

Роботизированный интеллект "снизу вверх"

В то время как традиционной роботизированной руке потребовался бы двигатель для приведения в действие каждого сустава, рука ADAPT имеет всего 12 двигателей, размещенных в запястье, для 20 суставов. Остальная часть механического управления обеспечивается пружинами, которые можно сделать более жесткими или ослабить, чтобы настроить податливость руки, и силиконовой "кожей", которую также можно добавить или удалить.

Что касается программного обеспечения, то ADAPT hand запрограммирован на перемещение всего по четырем общим путевым точкам, или положениям, для поднятия предмета. Любая дальнейшая адаптация, необходимая для выполнения задачи, происходит без дополнительного программирования или обратной связи; в робототехнике это называется управлением с разомкнутым контуром. Например, когда команда запрограммировала робота на использование определенного движения, он смог адаптировать свою позу захвата к различным объектам, начиная от одного болта и заканчивая бананом. Исследователи проанализировали эту исключительную надежность - благодаря пространственно распределенной податливости робота - с помощью более чем 300 захватов и сравнили их с жесткой версией руки.

"Разработка роботов, способных выполнять взаимодействия или задачи, которые люди выполняют автоматически, намного сложнее, чем ожидает большинство людей", - говорит Юнге. "Вот почему мы заинтересованы в использовании этого распределенного механического интеллекта различных частей тела, таких как кожа, мышцы и суставы, в отличие от нисходящего интеллекта мозга".

Баланс между соблюдением требований и контролем

Юнге подчеркивает, что целью исследования ADAPT не обязательно было создать роботизированную руку, способную хватать как человек, но впервые показать, сколь многого робот может достичь только благодаря податливости.

Теперь, когда это было продемонстрировано систематически, команда EPFL использует потенциал соответствия требованиям, повторно интегрируя элементы управления с замкнутым контуром в руку ADAPT, включая сенсорную обратную связь - посредством добавления датчиков давления к силиконовой коже - и искусственный интеллект. Такой синергетический подход может привести к созданию роботов, сочетающих надежность соответствия требованиям с неопределенностью и точностью управления по замкнутому циклу.

"Лучшее понимание преимуществ совместимых роботов могло бы значительно улучшить интеграцию роботизированных систем в крайне непредсказуемые среды или в среды, предназначенные для людей", - резюмирует Юнге.