Robotter får en let berøring

Det er den hellige gral i robotteknologi:en android, der kan udføre komplekse opgaver ved siden af ​​mennesker i et virkeligt miljø.

Problemet er, at når robotter bliver bedt om at operere uden for et stærkt kontrolleret miljø, de har tendens til at være langsomme og klodsede. De hurtige og præcise robotter, der arbejder så effektivt på fabrikker, kan ikke arbejde i virkelige miljøer, fordi de ikke umiddelbart kan sanse og reagere på disse miljøer. Bed dem om hurtigt at få fat i en skrøbelig genstand, og de vil sandsynligvis knuse den. Bed dem om at arbejde ved siden af ​​et menneske, og de kan ved et uheld brække hans arm eller støde ham af læsseplatformen.

"Hvis vi ønsker, at robotter skal arbejde sammen med mennesker eller håndtere komplekse opgaver selvstændigt, vi skal lave en blidere robot, " siger Peter Whitney, professor i ingeniørvidenskab ved Northeastern, der er specialiseret i robotmekanik.

Whitney mener, at han har svaret:hydraulik.

Mens han arbejdede hos Disney Research i Pittsburgh, han udviklede Jimmy, en bemærkelsesværdig naturtro robot, der er hurtig, præcis, og blid nok til at spille fangst med en ballon, tag et æg op, og klappe en piges kind uden at give hende hjernerystelse.

For nu, Jimmy bliver betjent som en marionet af et menneske. Denne tidlige inkarnation demonstrerer, at Whitneys hydrauliske system kan skabe en følelse af berøring, der i høj grad udvider robottens muligheder. Det knuser ikke ægget, fordi operatøren kan mærke dets skal gennem hydraulisk feedback; det kniber ikke pigen, fordi operatøren kan mærke hendes ansigt, så snart robotarmen rører hende.

Selvom Jimmy endnu ikke er selvstændig, det hydrauliske system har mange anvendelsesmuligheder. For eksempel, Whitney arbejder sammen med forskere fra Stanford University for at tilpasse sin teknologi til at udføre robotassisteret MR-kirurgi.

Fordi et MR-rør er så smalt, læger skal i øjeblikket rulle patienter ind og ud af røret, mens de udfører operation. Whitney arbejder sammen med Stanford University ingeniør Mark Cutkosky for at perfektionere en mindre version af Jimmy til at udføre operation inde i røret, guidet af en kirurg ved hjælp af de dukkelignende kontroller. Fordi den hydrauliske teknologi overfører en følelse af berøring, kirurgen ville faktisk kunne mærke, hvad Jimmy laver inde i MR-røret.

"Peters robotter er elegante i deres enkelhed og kan oversætte mekaniske bevægelser fra et punkt til et andet med præcision, " siger Hata Nobuhiko, en professor ved Harvard Medical School, der er direktør for programmet på Brigham and Women's Hospital, der tilpasser robotinnovationer til medicinsk brug.

"Det er enkelt, fordi det ikke er afhængigt af ledninger og motorer og sensorer til at styre robotten, " siger Nobuhiko. "Det kræver ikke en computer at bestemme, hvor meget pres der skal påføres. Inden for medicin, det kan vi ikke lide, fordi for mange ting kan gå galt. Du ønsker ikke, at det skal ske, når du er inde i en menneskekrop."

Med Whitneys hydrauliske teknologi, Nobuniko siger, at kirurger vil være i stand til at stå uden for MR-røret og præcist udføre en prostatabiopsi ved hjælp af Whitneys "magiske hånd." En af fordelene ved Whitneys hydrauliske system er, at det ikke kræver noget magnetisk eller elektrisk materiale, hvilket ville forvrænge MR-billedet.

"Det er hemmeligheden bag, hvad der gør det så præcist og let, " siger Cutkosky. "Vi ønsker, at lægen skal føle, at hendes fingerspidser er inde i MR-maskinen og skubber nålen ind."

Whitney spekulerer i, at hvis han kan miniaturisere vigtige dele af det hydrauliske system, hans teknologi kan måske tilpasses til laparoskopisk kirurgi.

"Laparoskopisk kirurgi er nu fuldstændig følelsesløs, " siger Whitney. "Alle kirurgens bevægelser styres af synet, intet efter følelse. Det er fordi der ikke er nogen præcis force feedback."

Autonomi

Det næste skridt, han siger, er at bruge sit system i autonome robotter, kombinerer industrirobotternes hastighed og præcision med den nænsomhed, der skal til for at arbejde sammen med mennesker. De potentielle applikationer er enorme, lige fra ældrepleje og redningsarbejde, til fjernelse af farligt affald og udforskning af rummet. Whitney siger, at målet for denne teknologi er ethvert arbejde, der kræver, at en robot er præcis og hurtig i det ene øjeblik og imødekommende og skånsom i det næste.

Whitney samarbejder med Northeastern datalogi professor Robert Platt, som er ved at udvikle den kunstige intelligens, der er nødvendig for at udføre autonome opgaver - især at gribe og manipulere almindelige husholdningsgenstande, så en robot kan bruges til job som fodring og barbering.

"Med Jimmy, vi demonstrerede, hvad hardwaren vil være fysisk i stand til, når den kunstige intelligens indhenter det, " siger Whitney. "Selvom det stadig er menneskekontrolleret, det beviser, at en selvstændig anvendelse er mulig."

Lavprisløsninger

Whitneys hydrauliske system har også potentialet til dramatisk at reducere omkostningerne ved agile robotter. Dette er især vigtigt i hjemmet, hvor kunderne ikke har produktionsvirksomhedernes økonomiske ressourcer. Hans mål er at udvikle en robotarm med mindst syv led, som kan monteres på en kørestol eller et robothjul.

"Vi håber at holde omkostningerne under $2, 000, som kunne halveres gennem masseproduktion."