Często zdarza się, że ludzie - zwłaszcza ci, którzy pracują w produkcji - wiążą węzeł, zdejmują obudowę z kabla, wkładają szpilkę do otworu lub używają narzędzia ręcznego, takiego jak wiertło. Mogą wydawać się prostymi zadaniami, ale są naprawdę bardzo złożone i wymagają wyjątkowo delikatnych ruchów palców i dłoni.
powiązana zawartość
- Jak roboty opuściły laboratorium i zaczęły pomagać ludziom
Chociaż roboty coraz bardziej angażują się w pracę w fabryce i w wiele innych rodzajów pracy - w tym w sektorze usług i opieki zdrowotnej - ich zręczność nie jest aż tak imponująca. Odkąd ludzie po raz pierwszy sprowadzili ich do pracy w fabrykach motoryzacyjnych ponad 50 lat temu, stworzyliśmy roboty, które całkiem dobrze spawają, malują i montują części. Najlepsze dzisiejsze roboty mogą zbierać znane przedmioty i przenosić je w inne miejsca - takie jak pobieranie produktów z pojemników magazynowych i wkładanie ich do pudeł.
Ale roboty nie potrafią prawidłowo ustawić narzędzia ręcznego - powiedzmy, ustawiając w linii śrubokręt krzyżakowy z rowkami na śrubie lub celując młotkiem w gwoździe. I zdecydowanie nie mogą używać dwóch rąk razem w szczegółowy sposób, jak wymiana baterii w pilocie.
Ludzkie ręce są doskonałe w tych zadaniach i wiele więcej. Aby zbliżyć się nawet do rywalizacji z możliwościami naszych rąk, ręce robotów potrzebują lepszej zwinności, niezawodności i siły - a także muszą być w stanie precyzyjniej wyczuwać i poruszać się jeszcze dokładniej niż obecnie, aby dowiedzieć się, co „ przytrzymanie i jak go najlepiej uchwycić. Aby roboty mogły współpracować z ludźmi, musimy wymyślić, jak tworzyć roboty, które dosłownie mogą nam pomóc, gdy nasze dwa nie wystarczą.
Moja grupa badawcza z Northeastern University pracuje właśnie nad tym, w szczególności w przypadku humanoidalnych robotów, takich jak Walkiria NASA, która ma trzy palce i kciuk na każdej ręce. Każda cyfra ma przeguby, a każda ręka ma nadgarstek, który można łatwo obracać. Pracujemy nad tworzeniem ruchów - kombinacji ruchów ręki, nadgarstka, palca i kciuka, które łącznie wykonują zadanie, takie jak przesunięcie klucza w kółku w celu dokręcenia śruby lub pociągnięcie wózka z jednego miejsca do drugiego.
Każdy z tych robotów przemysłowych ma wiele specjalistycznych narzędzi. Czy wiele z ich zadań można wykonać za pomocą robotycznych rąk? (Steve Jurvetson / flickr, CC BY) Znaczenie rąk
Zamiast uczynić każdego robota niestandardową maszyną dostosowaną do bardzo konkretnego zadania, musimy zaprojektować roboty wielozadaniowe, a nawet takie zdolne maszyny, które można by nazwać „uniwersalnymi” - odpowiednimi do prawie każdego zadania. Kluczem do sukcesu tego typu robotów będą doskonałe ręce.
Nasza praca koncentruje się na zaprojektowaniu nowej klasy elastycznych rąk robota zdolnych do precyzyjnych precyzyjnych ruchów i autonomicznego chwytania. Kiedy roboty będą mogły wbijać się w gwoździe, wymieniać baterie i wykonywać inne podobne ruchy - podstawowe dla ludzi, ale bardzo skomplikowane dla robotów - będziemy na dobrej drodze do ludzkiej zręczności w robotycznych rękach.
Osiągnięcie tego celu obejmuje również wynalezienie nowych projektów, które zawierają twarde i miękkie elementy - sposób, w jaki ludzka kość daje siłę do chwytania, ze skórą rozkładającą nacisk, aby kieliszek do wina nie roztrzaskał się.
Szybsze opracowywanie i testowanie
Nowoczesne ulepszenia technologiczne ułatwiają proces rozwoju. Dzięki drukowi 3D możemy bardzo szybko tworzyć prototypy. Możemy nawet wytwarzać tanie komponenty jednorazowego użytku, aby wypróbować różne układy mechanizmów, takie jak chwytaki dwu- lub trójpalczaste do prostych zadań „pick and place” lub antropomorficzne dłonie robota do bardziej delikatnych operacji.
Różne typy rąk robota NASA Valkyrie. (Northeastern University, CC BY-ND) W miarę zmniejszania się kamer i czujników elektronicznych możemy je włączać na nowe sposoby. Na przykład, jeśli umieścimy czujniki ciśnienia i kamery w robotycznej ręce, mogą przekazać informacje zwrotne do kontrolera robota (ludzkiego lub automatycznego), gdy uchwyt jest bezpieczny lub gdy coś zaczyna się ślizgać. Pewnego dnia będą w stanie wyczuć, w którym kierunku ślizgający się obiekt się porusza, aby robot mógł go złapać.
Umiejętności te są już drugą naturą dla ludzi poprzez widzenie i propriocepcję (zdolność do wyczuwania względnych pozycji części ciała bez patrzenia lub myślenia o tym). Gdy uda nam się to osiągnąć za pomocą robotów, będą oni mogli wykonywać takie czynności, jak wykrywanie, czy uchwyt jest zbyt silny i zbyt mocno ściska obiekt.
Planowanie skoordynowanych ruchów
Kolejnym kamieniem milowym będzie opracowanie metod dla robotów, aby dowiedzieć się, jakie ruchy muszą wykonać w czasie rzeczywistym, w tym wyczuwanie, co dzieje się w ich rękach w każdej chwili. Jeśli ręka robota może wykryć zmiany w przedmiotach, którymi się zajmuje, lub manipulować przedmiotami podczas ich trzymania, mogą pomóc w tych typowych ręcznych zadaniach, takich jak wiązanie węzłów i zdejmowanie izolacji.
Współpraca obiema rękami jest jeszcze bardziej przyszłościowa, choć zapewniłby znaczny wzrost, szczególnie w produkcji. Robot, który może obsługiwać wiertarkę obiema rękami lub przekazywać części maszyny z jednej ręki do drugiej, byłby dużym ulepszeniem, umożliwiając fabrykom zautomatyzowanie jeszcze większej liczby kroków w ich procesach.
Czy to jest robot przyszłości? (NASA) My, ludzie, nie opracowaliśmy jeszcze tych systemów. Osiągnięcie ludzkiej zręczności autonomicznej robota sprawi, że badacze robotyki, technolodzy i innowatorzy będą zajęci w dającej się przewidzieć przyszłości. Nie spowolni trwającej rewolucji robotycznej w produkcji, ponieważ obecne procesy wciąż mają dużo miejsca na automatyzację w celu poprawy bezpieczeństwa, szybkości i jakości. Ale gdy robimy roboty jeszcze lepszymi, będą mogli nam pomóc.
Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation.
Taskin Padir, profesor nadzwyczajny inżynierii elektrycznej i komputerowej, Northeastern University
