Człowiek to nie jest dobry wzór dla maszyny

Słowo „robot” można rozumieć na wiele sposobów. Na przykład jako proste automaty przemysłowe. Albo jako marsjańskie łaziki. Szczególną zaś ekscytację wywołują maszyny Boston Dynamics – bo „wyglądają jak ludzie”. Tylko czy ta humanoidalność to nie jest aby ślepy zaułek? Ludzki system motoryczny nie jest doskonały. Płacimy wysoką cenę za jego wszechstronność. Mięśnie i stawy męczą się od dźwigania, pionowa postawa ciała obciąża kręgosłup, kark nie jest przystosowany do tego, żeby przez ćwierć dnia pochylać się nad smartfonem. Nasz zakres ruchów też nie jest bardzo szeroki. A jednak projektowaliśmy maszyny na nasze podobieństwo. Tymczasem znacznie ciekawsze podpowiedzi daje biomimikra, czyli naśladowanie natury. Zamiast sztywnych stawów – elastyczność. Zamiast ciała modułowego – jeden mechanizm, który potrafi dopasować się do otoczenia. W ten sposób narodziła się cała dziedzina miękkiej robotyki, która czerpie inspirację z mięczaków, gadów, a nawet roślin.

Rozdymka stroszy kolce, czyli wędrówki do miejsc nie dla ludzi

Weźmy ośmiornicę: jest pozbawiona kości, a jednak potrafi pełzać, pływać, wspinać się, chwytać, przeciskać przez szczeliny. Jej ciało to jeden wielki, sprytny mięsień. Zbudowany w ten sposób robot miałby do zaoferowania znacznie więcej niż robo-pies. Wzorując się na głowonogu, naukowcy stworzyli E-SOAM – elastyczne, robotyczne ramię, które potrafi się rozciągać, wyginać i chwytać przedmioty, jakby było żywe. Działa dzięki pamięci kształtu. Zjawisko to występuje np. w nitinolu. Jeżeli wykonany z tego stopu metali obiekt odpowiednio podgrzejemy i uformujemy w pewien kształt, zostanie on zapamiętany. Zimny nitinol można potem wyginać w dowolny sposób – ale wystarczy go ogrzać, aby wrócił do swojej formy bazowej. Wykonanie ramienia z takiego stopu i manipulowanie jego temperaturą pozwala na dynamiczne wyginanie się robota.

Nie mniej inspirujące są rozgwiazdy. W roku 2020 zespół z Kalifornii stworzył robota STARFISH (skrót od Soft Translatable Advanced Robot For In Space Handling), który dzięki zjawisku elektro-adhezji potrafi przyczepiać się do powierzchni – jakby miał niewidzialne przyssawki. Idealny kandydat do pracy w kosmosie, gdzie poruszanie się jest trudne, klasyczne chwytaki sobie nie radzą, a jeden nieopatrzny ruch może skutkować katastrofą. STARFISH może łatwo docierać do niedostępnych dla humanoida miejsc, monitorować stację i ją serwisować.

Roboty mogą też dbać o mniej zabójcze, ale podobnie nieprzyjemne miejsca – np. instalacje kanalizacyjne, czy rurociągi przemysłowe. Zwłaszcza jeżeli są długie, a ich średnice niewielkie. Mając je na myśli, inżynierowie z University of Texas w Austin wykorzystali model rozdymki. Ta ryba ma ciekawy mechanizm obronny – w sytuacji stresowej szybko wypełnia się wodą, zwiększając swój rozmiar kilkukrotnie i strosząc kolce. Naukowcy skonstruowali Robota PufferFace, który ma postać krótkiego silikonowego walca pokrytego tępymi kolcami. Jest w stanie wessać dużą ilość powietrza i się napompować. Jednocześnie zahacza kolcami o ściany rury. Autorom udało się przeprowadzić PufferFace przez 6-metrową, pionową rurę z prędkością maksymalną kilku milimetrów na sekundę.

Winobluszcz się owija, czyli pomoc dla drona

Oczywiście nawet ciało egzotycznego zwierzęcia ma swoje ograniczenia i trudno oczekiwać, żeby dorosłej ośmiornicy nagle urosła dłuższa macka. Nie tylko jednak zwierzęta są pod lupą inżynierów. Także organizmy, które rosną przez całe życie, tyle że bardzo wolno. Gdyby udało nam się zbudować robota, który może wydłużyć sobie ramię bez ograniczeń, to również byłoby korzystne – w budownictwie, w serwisie, w ratownictwie. Naukowcy podjęli również takie wyzwanie i opisali w „Science Advances” projekt wzorowany na pnączach.

Ich robot działa jak winobluszcz: rośnie, wspina się, owija. Wszystko dzięki kombinacji stopów z pamięcią kształtu i elastycznych polimerów, które umożliwiają „drukowanie” ramienia robota z dyszy. Gdy trzeba – zatrzymuje się. Kiedy puszcza się wzdłuż ramienia prąd – zgina się i zmienia kierunek. A potem znów się wydłuża. Po zakończonej misji – zwija się jak centymetrowa taśma na szpulę. W ten sposób możemy naprowadzić ramię do celu na przeróżne sposoby, różnymi dziwnymi trajektoriami. Będzie omijało przeszkody, wyginało. Ten niezwykły wynalazek przetestowano na kilka sposobów – także wyposażając weń drona, aby był w stanie penetrować przestrzenie zbyt małe, by do nich wlecieć. Naukowcy projektują także robo-macki z wykorzystaniem materiałów z pamięcią kształtu. Dzięki temu zakres i siłę chwytu można łatwo regulować temperaturą.

Tkanki powracają, czyli autoterapia dla robota

Tkanki zwierzęce (przynajmniej niektóre) oraz rośliny potrafią się regenerować po uszkodzeniu, dlaczego więc roboty miałyby tego nie robić? I faktycznie, materiały ze zdolnością do samonaprawy są rozwijane w laboratoriach, głównie przez biotechnologów, do zastosowań w medycynie. Robotycy również chętnie się nimi bawią – używając stopów i polimerów z pamięcią kształtu, płynnych metali oraz funkcjonalnych hydrożeli. Jeżeli element takiego robota zostanie uszkodzony, a my podgrzejemy go w miejscu uszkodzenia, to materiał, z którego jest wykonany, będzie chciał wrócić do swojej formy bazowej, ulegnie reorganizacji i zasklepi przerwane połączenie (albo przerwaną powłokę).

Możemy też wyobrazić sobie trochę bardziej zaawansowanego, autonomicznego robota, który mógłby sam wykryć własne uszkodzenie i jego własne algorytmy zainicjowałyby naprawę. Można też myśleć o systemie zewnętrznym, w którym powłoka robota zawiera nanocząstki lub mikrokapsułki wypełnione różnymi czynnikami naprawczymi, np. żywicami. Kiedy zostanie uszkodzona, uwalniają się i odbudowują powłokę. To dość skomplikowane eksperymenty, ale prowadzi się je od dawna.

Puściliśmy wodze fantazji i zaczęliśmy uważniej przyglądać się naturze. Słusznie. Bo robi rzeczy, o których my, ludzie, możemy tylko pomarzyć.