С 1980-х все попытки создания универсального манипулятора для роботов терпели крах. Оказалось, что у нас чрезвычайно сложные руки и пальцы, а слишком простыми захватами промышленных роботов нельзя выполнить даже две хоть чем-нибудь различающиеся задачи. Группа американских исследователей решила проблему с помощью резиновой груши с кофейными зёрнами.

Наделить роботов эффективными и универсальными руками — задачка очень непростая. Антропоморфный путь приводит в отчаяние даже самых упорных. И в самом деле: только большой палец человека имеет 22 степени свободы, то есть 22 варианта действия. Система из пяти пальцев невероятно сложна для обсчёта и реализации, а ведь пальцы крепятся к ладони, которая тоже весьма подвижна. Ну а ладонь имеет несчастье соединяться с предплечьем, а то — с локтем, и так далее. Но это полбеды: каждый из пальцев должен иметь адаптивный контроль нажатия, который учитывает мягкость и хрупкость материала (иначе можно раздавить), его упругость и сжимаемость (иначе выскользнет), загрязнённость (иначе механические манипуляторы забьются грязью и сломаются)... И вообще — повторить человеческую руку и все её пальцы можно, но тысячи степеней свободы роботу не нужны, а стоимость такого чуда может превысить всю остальную начинку.

Попытка применить подход пылесоса — притягивать к манипулятору предмет, засасывая воздух через отверстие, направленное к объекту захвата, — принесла не менее обескураживающий результат. Оказалось, что природа не просто так дала нам сложные руки. Робот с гибкими пальцами-пылесосами мог либо брать много предметов простой формы, либо один — сложной. Вакуумный манипулятор, который справлялся с первой задачей, плохо выполнял вторую, и наоборот. Хуже всего то, что некоторые твёрдые предметы имеют неровности, исключающие эффективное применение пальцев с вакуумными захватами. Ну а смазанный чем-нибудь твёрдый объект с неровной поверхностью (обычный замасленный гвоздь!) и вовсе превращался в уравнение Шрёдингера.

Группа исследователей из Корнеллского и Чикагского университетов (оба — США), кажется, нашла решение, позволяющее создать настоящий универсальный манипулятор по очень умеренным ценам.

Предложенный учёными гибкий робозахват представляет собой обычный резиновый шар, наполненный зёрнами кофе (понятно, что это может быть любой крупнозернистый материал). Когда роботу нужно схватить некий предмет, он плотно прижимает к нему захват, затем высасывает из захвата воздух, и съёжившийся резиновый шар «обхватывает» объект, к которому он был прижат в наполненном состоянии. Для универсального робота, способного брать не один, а много предметов разных видов, такой захват — насущная необходимость. Без него роботу пришлось бы всякий раз вычислять, с какой силой можно давить на предмет, сжимается ли тот при контакте, за какой участок можно хватать, а какой слишком хрупок, и так далее. Всё это, впрочем, новость не сегодняшняя, и захват такого типа, кажется, реализован не только этой группой.

И тут мы наконец-то подходим к теме, которая вдохнула жизнь в эту заметку. Дело в том, что у гибкого захвата обнаружился ещё один талант. Если быстро закачать воздух обратно в резиновую «ладонь», которая до того уже «обхватила» предмет, то последний вылетит из захвата с довольно приличной скоростью. Звучит просто, но что оказалось совершенно неожиданным, так это то, что подобное использование гибкого робозахвата позволило всегда метко бросать предметы и даже с солидных расстояний попадать в нужную роботу точку. В опытах захват использовали для сортировки гвоздей, бросания баскетбольных мини-мячей и дротиков (как на видео выше).

По словам разработчиков, на весьма небольшом манипуляторе они добились точности попадания в ±60 мм, что «определённо слишком недостаточно для высокоточных производственных задач, но может быть использовано для сортировки по ящикам товаров, сходящих с конвейера, или метания мусора в корзину в домашних условиях».

Хотя спектр описанных задач кажется не слишком широким, на деле универсальный манипулятор может быть очень полезен для домашних роботов вроде того же iRobot. Сейчас он может пылесосить пол, но даже простое стряхивание пыли со стен ему недоступно, не говоря уже о сортировке предметов по размерам или о чём-то более сложном. Допустим, если вы оставили картонную упаковку из-под «Монополии» на полу, уборка на этом участке будет парализована. Ну а открывание и закрывание дверей для современных роботов и вовсе остаётся пока четвёртым измерением...

Этим довольно простым манипулятором робот может брать два и более мелких предмета. (Фото John Amend / Cornell University.)

Подготовлено по материалам Cornell University's Creative Machines Lab.

Источник: http://science.compulenta.ru/661483/