Roboty w science fiction są twarde, metalowe i potężne. Roboty, które po cichu rewolucjonizują medycynę, produkcję żywności i reagowanie na katastrofy, są miękkie, elastyczne i inspirowane ośmiornicami. Robotyka miękka — dziedzina robotów zbudowanych z podatnych na odkształcenia materiałów, a nie ze sztywnych konstrukcji — to jedna z najbardziej ekscytujących dziedzin badań nad robotyką, która zaczyna przesuwać się od ciekawości laboratoryjnej do rzeczywistości komercyjnej.

Co wyróżnia miękkie roboty

Tradycyjne roboty zbudowane są ze sztywnych komponentów — metalowych ram, serwomotorów, twardych siłowników — które zapewniają wytrzymałość i precyzję, ale ograniczają możliwości adaptacji. Sztywne ramię robota może przyłożyć ogromną siłę z milimetrową precyzją, ale nie jest w stanie bezpiecznie poradzić sobie z dojrzałym pomidorem, poruszać się po zawalonym budynku ani pracować w bliskiej odległości od człowieka bez skomplikowanych systemów bezpieczeństwa.

Miękkie roboty są zbudowane z silikonu, hydrożeli, polimerów z pamięcią kształtu i innych zgodnych materiałów, które odkształcają się pod obciążeniem i powracają do swojego pierwotnego kształtu. Są uruchamiane za pomocą ciśnienia pneumatycznego, hydrauliki lub elektrycznie aktywnych polimerów, a nie silników. Rezultatem są roboty, z którymi z natury można bezpiecznie współdziałać, które mogą dopasowywać się do nieregularnych kształtów i które potrafią poruszać się w środowiskach, do których nie mogą wejść sztywne roboty.

Zastosowania medyczne: najbardziej obiecująca granica

Najbardziej zaawansowane komercyjnie zastosowania robotyki miękkiej mają zastosowanie w medycynie. Miękkie roboty egzoszkielety — takie jak ReWalk Restore i Ekso Bionics EksoNR — pomagają pacjentom po udarze w ponownej nauce chodzenia, zapewniając delikatną, wygodną pomoc, która dopasowuje się do ruchu pacjenta, zamiast narzucać sztywną trajektorię. Badania kliniczne pokazują, że pacjenci stosujący miękkie roboty rehabilitacyjne odzyskują funkcje chodzenia o 40% szybciej niż pacjenci korzystający wyłącznie z konwencjonalnej terapii.

Miękkie, zrobotyzowane narzędzia chirurgiczne umożliwiają wykonywanie zabiegów, które wcześniej były niemożliwe. Harvard Wyss Institute opracował miękki rękaw robota, który owija się wokół niewydolnego serca i ściska go synchronicznie z biciem serca, zapewniając mechaniczne wspomaganie bez dotykania krwi, eliminując ryzyko zakrzepów, które ogranicza konwencjonalne urządzenia wspomagające pracę serca. Urządzenie znajduje się obecnie w fazie II badań klinicznych.

Postępowanie z żywnością: Wystarczająco delikatne jak na truskawkę

Przemysł spożywczy od dawna zmaga się z robotyczną obsługą delikatnych produktów. Sztywne chwytaki miażdżą owoce, uszkadzają warzywa i nie dostosowują się do naturalnych różnic w wielkości i kształcie, które charakteryzują świeże produkty. Miękkie robotyczne chwytaki — takie jak te opracowane przez Soft Robotics Inc. i Bionic Cobot firmy Festo — mogą bez uszkodzeń przenosić wszystko, od jaj po pomidory koktajlowe, za pomocą pneumatycznych palców, które dopasowują się do kształtu obiektu i przykładają precyzyjnie kontrolowaną siłę.

Ocado, brytyjski internetowy sprzedawca artykułów spożywczych, wdrożył w swoich zautomatyzowanych centrach realizacji miękkie, zrobotyzowane systemy kompletacji, które mogą obsłużyć 95% asortymentu produktów – w tym produkty świeże, delikatne opakowania i przedmioty o nieregularnych kształtach – bez interwencji człowieka.

Poszukiwanie i ratownictwo: dotarcie tam, gdzie sztywne roboty nie mogą

Zawalone budynki, gruz po trzęsieniu ziemi i zalane tunele to środowiska, w których sztywne roboty mają trudności z poruszaniem się. Miękkie roboty, które mogą przeciskać się przez szczeliny, dopasowywać do nieregularnych powierzchni i absorbować uderzenia bez uszkodzeń, idealnie nadają się do zastosowań poszukiwawczo-ratowniczych. Octobot firmy Harvard, w pełni miękki, autonomiczny robot inspirowany ośmiornicą, może poruszać się w szczelinach o wielkości zaledwie 10 cm. Pleurobot EPFL, zainspirowany salamandrą, może chodzić po lądzie i pływać w wodzie, co umożliwia mu poruszanie się w mieszanym środowisku typowym dla katastrof powodziowych.

Wyzwanie produkcyjne

Miękkie roboty są trudniejsze w produkcji niż sztywne roboty. Zgodne materiały stosowane w miękkiej robotyce — silikon, hydrożele, polimery z pamięcią kształtu — są trudniejsze do precyzyjnego wytworzenia niż elementy metalowe i plastikowe. Druk 3D odegrał kluczową rolę w badaniach nad robotyką miękką, umożliwiając szybkie prototypowanie złożonych geometrii, których nie dałoby się wytworzyć konwencjonalnymi środkami. Jednak skalowanie od prototypów laboratoryjnych do produkcji masowej pozostaje poważnym wyzwaniem.

Siłowniki są najtrudniejszym elementem. Siłowniki pneumatyczne — które napełniają się i opróżniają w celu wywołania ruchu — są proste i niezawodne, ale wymagają zasilania sprężonym powietrzem, co ogranicza ich przenośność. Polimery aktywne elektrycznie, które zmieniają kształt w odpowiedzi na stymulację elektryczną, oferują potencjał w zakresie samodzielnych miękkich robotów bez zewnętrznego zasilania powietrzem, ale obecne materiały są delikatne i mają ograniczoną siłę wyjściową. Rozwiązanie problemu z siłownikiem jest kluczowym wyzwaniem technicznym w tej dziedzinie.

Droga przed nami

Robotyka miękka przechodzi od ciekawości badawczej do technologii komercyjnej. Zastosowania medyczne — egzoszkielety rehabilitacyjne, narzędzia chirurgiczne, urządzenia wspomagające pracę serca — są najbardziej zaawansowane pod względem komercyjnym, a kilka produktów znajduje się już w zastosowaniach klinicznych lub próbach. Tuż za nimi podążają branża przetwórstwa żywności i zastosowań rolniczych. W przypadku zastosowań bardziej spekulacyjnych – w pełni autonomicznych miękkich robotów do poszukiwań i ratownictwa lub monitorowania środowiska – do komercyjnego wdrożenia potrzeba 5–10 lat.

Trajektoria tej dziedziny jest jasna: w miarę postępu materiałoznawstwa, ulepszania technik produkcyjnych, a sztuczna inteligencja zapewnia inteligencję niezbędną do kontrolowania złożonych systemów miękkich, miękkie roboty będą podejmować coraz większy zakres zadań, których sztywne roboty nie będą w stanie wykonać. Pytanie nie brzmi, czy miękka robotyka będzie miała znaczenie komercyjne – z całą pewnością będzie – ale jak szybko nastąpi przejście z laboratorium na rynek.

Źródła i dalsze czytanie