Свой робот ближе к телу: экзоскелет с поддержкой мелкой моторики и точная роборука
Сегодняшние роботы не только обретают новые качества: они всё
теснее взаимодействуют с человеком, расширяя его возможности. Появилось
даже целое новое направление в носимой робототехнике — экзоскелеты.
При разработке экзоскелетов приходится искать компромисс между целым
рядом параметров. Среди них сила и точность движений, скорость
выполнения манипуляций и степень их разнообразия, надёжность и сложность
конструкции, время автономной работы и масса. Последние два особенно
актуальны для всех носимых роботизированных компонентов.
На втором ежегодном коллоквиуме по робототехнике в Гарвардском
университете доцент кафедры механической и биомедицинской инженерии
Конор Уолш (Conor Walsh) представил
экзоскелет с роботизированными перчатками для спасателей и военных. Он
не только защищает суставы от избыточной нагрузки и усиливает движения
крупных мышц, но также помогает при совершении мелких манипуляций.
Профессор
Конор Уолш (слева) и доктор Панайотис Полигеринос обсуждают
роботизированную перчатку (фото: Kirstin Hagelskjær Petersen).
Многочисленные моторы усиливают движения пальцев, позволяя орудовать
рукой в перчатке как универсальным и необычайно удобным инструментом.
Человек, чьи возможности расширены при помощи такого экзоскелета,
получает дополнительную силу без ущерба для ловкости, как это обычно
происходит с другими подобными изобретениями.
Солдаты смогут увеличить массу носимого снаряжения и переносить
тяжёлые грузы на большие расстояния, оставаясь всё время готовыми к бою.
Во многих ситуациях спасатели получат возможность действовать в
экстремальных условиях, не дожидаясь подхода тяжёлой техники, и в
одиночку эвакуировать раненых.
Прототип мягкого экзоскелета (фото: Harvard Biodesign Lab.).
Исследование финансировалось DARPA, однако экзоскелет найдёт
применение и в реабилитационной медицине, помогая пациентам быстрее
восстанавливаться после инсульта и различных травм. Для этих целей
команда Уолша разработала вариант мягкого эластомерного экзоскелета. Он
аккуратно выполняет упражнения на восстановление подвижности пациентов с
любыми поражениями нервной и опорно-двигательной систем, кроме
паралича.
Это ограничение обусловлено необходимостью совершения хотя бы
минимальных усилий самим пациентом. Экзоскелет берёт на себя роль
тренера, который помогает правильно дозировать нагрузку и постепенно
увеличивать амплитуду движений, но не станет выполнять упражнения
вместо человека.
Аналогично баланс между массой параметров необходимо соблюдать и при
создании манипуляторов для автономных роботов, потребность в которых
растёт с каждым днём. Хотя манипуляторы для всех видов работ создавались
десятилетиями, в этом направлении каждый год появляется что-то принципиально новое.
На том же коллоквиуме другой гарвардский профессор, Роберт Хау, представил i-HY — роботизированный манипулятор с открытой архитектурой, обеспечивающий высокую точность движений.
Прототип манипулятора i-HY (Harvard-Yale). Фото: biorobotics.harvard.edu.
В своём выступлении профессор Хау так прокомментировал важность разработки:
Представьте, что ураган разрушил энергоблок. Ремонтнику со стандартным
оснащением будет трудно устранить неполадки и опасно находиться в этой
зоне. Обычные роботы окажутся бесполезными из-за своей неуклюжести.
Робот с таким манипулятором — самый предпочтительный вариант.
На протяжении многих лет группы исследователей тщетно пытаются
создать робота с манипуляторами, обладающими достаточной силой, но в
то же время способными быстро и точно выполнять мелкие движения, так
необходимые при ремонте и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.
Называя разработку «роботизированной рукой для реального мира», Хау
комментирует историю её создания:
С начала восьмидесятых были опубликованы сотни диссертаций на эту тему.
Пока никому так и не удалось сделать робота, выполняющего разные
операции в реальных условиях, а не на стенде. Поэтому мы отринули все
прошлые концепты и перестали пытаться скопировать руку человека.
Манипулятор i-HY ловко захватывает крупные предметы и мелкие детали практически любой формы (фото: biorobotics.harvard.edu).
Универсальный манипулятор получился больше похожим на клешню омара.
Это трёхпалая роботизированная рука, прототип которой создан методами
3D-печати. Она снабжена сенсорами, благодаря которым постоянно
подстраивается под меняющиеся условия и дозирует усилия на каждый
искусственный палец отдельно.
Совсем недавно основная масса роботов представляла собой тяжёлое
автоматизированное оборудование для выполнения рутинных производственных
процессов. Тяжёлые промышленные роботы производили сборку автомобилей и
различной техники, с каждым поколением всё сильнее вытесняя людей с их
прежних рабочих мест. Большинство людей вообще старалось не приближаться
к ним без особой нужды из-за риска производственной травмы и
психологической боязни, а операторы ограничивались дистанционным
управлением.
Сейчас робототехника меняется на глазах. Один за другим создаются
лёгкие, гибкие и даже носимые варианты, нацеленные на постоянное
взаимодействие с человеком. Современные роботы не вытесняют людей, а
лишь расширяют их возможности, позволяя работать более эффективно.
|