Robotičtí inženýři vyrábějí kyborgské šváby, robotické mouchy a další

Těžcí roboti jsou omezeni v tom, co mohou dělat. Stavba menších, agilnějších robotů, podobných pohybu a práci hmyzu, by mohla výrazně rozšířit možnosti robotů.

„Pokud přemýšlíme o hmyzích činnostech, které zvířata nemohou dělat, inspiruje nás to k přemýšlení o tom, co mohou dělat menší roboti a co větší roboti nemohou,“ řekl Kevin Chen, odborný asistent elektrotechniky na MIT.

Google trénuje své roboty, aby byli více lidští

Většina vývoje je ve fázi výzkumu, let marketingu. Nabízejí však lákavá řešení pro řadu průmyslových odvětví, včetně reakce na mimořádné události, zemědělství a energetiky.

Odborníci uvedli, že výzkum je rychlý z několika důvodů. Elektronické senzory jsou stále menší a lepší, z velké části díky výzkumu chytrých hodinek. Výrobní technologie se vyvíjely, což usnadňuje výrobu malých dílů. Zlepšuje se také technologie malých baterií.

Ale stále existuje mnoho výzev. Malí roboti nemohou kopírovat pracovní zátěž většího robota. Přestože jsou baterie vylepšené, musí být menší a výkonnější. Miniaturní části, které přeměňují energii na automatický pohyb, nazývané aktuátory, se musí stát efektivnějšími. Senzory by měly být lehčí.

„Začneme tím, že se podíváme na to, jak hmyz řeší tyto problémy, a dosahujeme významného pokroku,“ řekl Sawyer B. Fuller, odborný asistent, který řídí Autonomní laboratoř robotiky hmyzu na Washingtonské univerzitě. „Ale je tu spousta věcí… ještě nemáme.“

Vědci uvedli, že velkou část výzkumu hmyzí robotiky lze rozdělit do několika oblastí. Někteří vědci staví celého robota, aby napodobil pohyb a velikost skutečného hmyzu, jako jsou včely a blešky. Jiní nasadili elektroniku a ovládali živý hmyz, v podstatě vytvořili kyborgy (bytosti s organickými i mechanickými aspekty). Zatímco někteří experimentují s hybridem – spojováním částí živého hmyzu, jako jsou antény, s robotem.

Robotičtí inženýři začali hledat hmyz pro inspiraci asi před 10 až 15 lety. V té době ji studovalo jen několik výzkumných laboratoří. „Před deseti lety si upřímně myslím, že to znělo spíše jako sci-fi,“ řekl Chen.

V průběhu let však do vesmíru vstoupilo více výzkumníků, z velké části kvůli pokroku v technologii. Chen dodal, že velká část aktivit byla řízena vývojem uhlíkových vláken a laserů, které mohou v malém měřítku vytvářet „velmi skvělé prvky a složité struktury“.

Elektronické senzory se také zlepšily, z velké části proto, že chytré telefony a chytré hodinky podnítily výzkum výroby menších elektronických součástek.

„Pokud myslíte na svůj smartphone, uvnitř je mnoho senzorů,“ řekl Chen. „Můžete skutečně využít spoustu těchto senzorů nebo je umístit do malých robotů.“

Kenjiro Fukuda, výzkumník z Riken Institute for Thin Devices v Japonsku, vede tým, který připojuje 3D tištěné senzory k syčícím madagaskarským cvrčkům. Senzory fungují jako malý batoh obsahující solární panely pro napájení; Modroozubý senzor pro dálkové ovládání a specializované počítače se připojí k švábovu břichu a vysílá malé rázy, aby jej nasměroval doleva nebo doprava.

Fukuda si představuje, že tito kyborgští švábi pomáhají v nouzových situacích, jako je zemětřesení. Řekl, že přeživší mohou být pod troskami a pouhým okem těžko viditelní.

Šváby lze ovládat na dálku, vypouštět je do sutin pomocí senzorů oxidu uhličitého a kamer na jejich zádech, což pomáhá najít lidi, kteří potřebují záchranu.

„Velcí lidé se do trosek nedostanou,“ řekl Fukuda. „To dokážou malí broučci nebo malí roboti.“

Fukuda řekl, že by tento přístup mohl aplikovat také na jiný hmyz s velkými schránkami, jako jsou brouci a cikády. Ale je třeba provést několik vylepšení v designu baterie a množství energie, kterou části odebírají, než bude možné toto řešení nasadit v reálném životě, řekl.

Pokud jde o kyborgy, ne všichni jsou nadšení. Jeff Sebo, profesor bioetiky zvířat na New York University, řekl, že je znepokojen tím, že živý hmyz se cítí být ovládán lidmi, když nosí těžkou technologii. Řekl, že není jasné, zda kvůli tomu cítí bolest nebo úzkost, ale to neznamená, že by to lidé měli ignorovat.

„Dokonce nerespektujeme jejich blaho nebo jejich práva,“ řekl. „Neprocházíme ani navrhováním, že existují zákony, zásady nebo kontrolní komise, abychom se mohli snažit a neúnavně se snažit minimalizovat škody, které jim způsobujeme.“

Chen vyrábí létající roboty z blesků. Jedná se o plně automatizované stroje, které napodobují způsob, jakým se hmyz pohybuje, komunikuje a létá.

Chenův tým, inspirovaný tím, jak štěnice využívají elektroluminiscenci ke záři a komunikaci v reálném životě, vybudoval měkké umělé letové svaly, které ovládají křídla robota a během letu vyzařují barevné světlo.

To by mohlo umožnit hejnu těchto robotů komunikovat mezi sebou a mohlo by to být použito k opylování plodin na vertikálních farmách nebo dokonce ve vesmíru, řekl Chen.

„Kdybych chtěl pěstovat plodiny ve vesmíru, [I want] „Opylení,“ řekl. „V tomto scénáři by létající robot byl mnohem pohodlnější než posílat včely.“

Fuller řekl, že se dívá na brouky, když vyrábí malé roboty, protože je to mnohem lepší než spoléhat se na svou představivost. „Vidíte hmyz dělat šílené věci, které byste na lidské úrovni nedokázali,“ řekl. „Právě se díváme na to, jak to hmyz dělá.“

Fullerův tým pracuje na stavbě robotické mušky. Podobně jako švábi kyborgové mohou být mouchy použity pro pátrací a záchranné mise. Mohou být také uvolněny, aby létaly a hledaly úniky chemikálií ve vzduchu nebo praskliny v infrastruktuře potrubí.

„Otevřete tašku a tyhle malé robotické mouchy létají kolem,“ řekl. „Potom, jakmile budete vědět, kde je únik, můžete to opravit.“

Fuller řekl, že uznává, že je ještě dlouhá cesta, než to jeho roboti zvládnou. Bylo by obtížné miniaturizovat všechny senzory, napájecí zdroje a součásti potřebné k tomu, aby roboti přenášeli data a posílali je zpět týmům. Vyrobit baterie dostatečně malé, ale dostatečně výkonné, aby poháněly robotické úlohy, je skličující výzva. Stabilní roboti, kteří mohou mávat křídly, ale také nést senzory, vyžadují další konstrukční výzkum.

Navzdory obtížímA Vědci také pracují na odebrání částí živého hmyzu, jako jsou tykadla můry, a jejich připojení k robotovi, který by z něj mohl jednoho dne číst data, řekl. Řekl, že tato hybridní metoda by mohla být skvělým místem pro výzkumníky v hmyzí robotice.

„Myslím, že to je cesta, kterou bychom měli jít,“ dodal Fuller. „Vezmi ty části biologie, které už dobře fungují, a zbytek udělej automatizovaně.“