Robotická končetina navíc připevňovaná k pasu dokáže jemné úkony, jako je česání ovoce, ale zároveň je natolik silná, že může prorazit zeď.
Když si přečtete předchozí články o robotických prvcích, které si lidé připevňují na tělo, ať už se jedná o prst navíc nebo další ruku či dvě, jejich funkce byla obecně omezena na pomalé pohyby a lehké úkoly: držení či přenášení věcí, stabilizace předmětu nebo uživatele apod… My ale chtěli něco jiného: připevnitelnou robotickou ruku, se kterou se proměníme v superhrdiny typu Doktor Ock od Marvel Comics, který s robotickými končetinami připnutými k tělu působil úžasně.
Na konferenci o robotice a automatizaci (ICRA) nám vědci z Univerzity v Sherbrooku v Kanadě konečně dali, co jsme chtěli. Je to k pasu připevňovaná hydraulická paže ovládaná na dálku, která nám pomůže s nejrůznějšími pracemi a je schopná v případě potřeby i rozbít zeď. Tento typ připínací robotické paže bývá označován jako „robotická paže navíc“.
Systém vytvořený kanadskými vědci ve spolupráci se společností Exonetik má tři stupně volnosti a je hydraulická, aktivovaná magnetorheologickými spojkami a hydrostatickými převody s cílem „napodobit výkon lidské paže při různém průmyslovém i domácím užití.“ Hydraulický systém nabízí poměrně velkou sílu, ale přitom je stále připojen k uživateli, který ho sice nemusí nést (stojí na zemi vedle něj), ale do určité míry omezuje pohyblivost.
Připojené napájení umístěné vně trochu utlumuje potenciál superhrdiny, ale co se týče praktičnosti, uživatelé se nejspíš nebudou tolik pohybovat z místa na místo. A pokud budou, je zde také mobilní verze, kde může být napájení připevněno k autonomnímu vozidlu, které se bude pohybovat spolu s uživatelem. Časem možná také vznikne lépe přenosná pohonná jednotka, kterou bude možné nosit na zádech.
Samotná robotická ruka váží něco přes 4 kg, což je zhruba stejně jako skutečná lidská ruka. Může zvednout až 5 kg a má max. konečnou efektorovou rychlost 3,4 m za sekundu. Její pracovní prostor je omezen tak, aby uživatele nemohla udeřit do obličeje. V tuto chvíli nemá příliš autonomie: ruku na dálku ovládá další člověk pomocí miniaturní ručky (na principu pán-otrok). Vědci naznačují, že po přidání určitých senzorů bude moct paže provádět další věci, jako je trhání zeleniny vedle uživatele, a také úkoly vyžadující spolupráci, např. podávání nástrojů. Můžete si ji představit tak, že funguje jako spolupracovník-pomocník, který buď paralelně provádí stejný úkol jako uživatel, nebo dělá jiné úkoly, aby měl volnost k provádění jiným prací, které vyžadují kreativitu nebo úsudek.
Samozřejmě jsme chtěli vědět, jaké to je mít na sobě připevněnou robotickou paži, proto jsme se obrátili na hlavní autorku Catherine Véronneau.
Můžete nám popsat, jaké to je mít na sobě tuto robotickou ruku, především když se dynamicky pohybuje? Jaký je to pocit? Jak rychle si na ni zvyknete?
Dobrá otázka – je to něco, co bude ještě potřeba v budoucnosti prozkoumat a vyzkoušet. Ale zatím lze říct, že není špatný pocit mít k bokům připevněnou tuto ruku, která váží jen 4,2 kg (bez zatížení) a nachází se blízko těžiště těla, což redukuje setrvačnost. Já si na ni zvykla rychle, přičemž může nahradit některé pohyby (jako jsou posuvné pohyby), ale není bez problémů při torzních pohybech (např. jako když chcete tenisovou raketou zachytit míček). Také jsme si všimli, že postroj musí být pevně připevněn k tělu, protože pokud je zde vůle a zpětný náraz, je to nepohodlné.
Proč jste si zvolili právě tuto aktivační technologii?
Především jsme použili MR (magnetoreologické) spojky, protože nabízejí velmi nízkou setrvačnost (setrvačnost z motoru s převodovkou se neodráží na výstupu, ale spojky MR pracují v nepřetržitém skluzu). Kvůli nízké setrvačnosti reagují velmi rychle s velkou silou šířky pásma, což jim umožňuje kompenzovat lidské nepředvídatelné pohyby. Díky své nízké setrvačnosti a nízkému tření jsou také vnitřně zpětně ovladatelné (mohou být nastaveny na zpětný chod), což je bezpečné pro interakce člověka s robotem. Spojky MR jsme spojili s hydrostatickým přenosem kvůli jeho tuhosti (vysoká šířka pásma) a jeho snadnému směrování, např. ve srovnání s kabelovým přenosem.
Je používání robotické ruky bezpečné pro uživatele a lidi kolem?
Kvůli spojkám MR je mechanika jiskrově bezpečná – není zde setrvačnost z převodového motoru, nízká setrvačnost paže, nízká frikce apod.. Protože spojky MR reagují rychle a jsou zpětně ovladatelné, můžeme rychle detekovat kontakt (zvýšení tlaku) a aplikovat negativní točivý moment, aby paže nikomu neublížila.
Jak dosáhnete toho, aby byla paže autonomní, a přitom efektivně fungovala, když ji bude mít člověk na sobě?
Pokud má být třetí paže (nebo jakákoli SRL – robotická končetinu navíc) autonomní, je potřeba nejprve znát úmysly lidí, tj. co od ní lidé očekávají, a to závisí na jejím použití. Pokud je např. úkolem navíc otevírání dveří, když uživatel něco nese, ovladač by měl detekovat správný okamžik, kdy dveře otevřít. Takže pro tento konkrétní úkol je to reálné. Pokud má ale být SRL multifunkční, vyžaduje umělou inteligenci nebo inteligentní ovladač, který detekuje, co chce člověk dělat, a jak s ním má SRL spolupracovat (tj. fungovat jako pomocník). Takže v tomto obrovském poli „lidských úmyslů“ je toho ještě hodně ke zkoumání.
Jaké další věci jste s robotickou rukou vyzkoušeli (nebo chcete vyzkoušet)?
Před koronavirovou krizí jsme pracovali na „triku s pivem“, k čemuž nás inspirovalo video na Youtube. Video je sice fake, ale my to chtěli skutečně vytvořit. Největší výzvou při tomto triku je, že potřeba zjistit polohu a orientaci boků (nebo základnu paže) v reálném čase, abychom mohli stabilizovat koncový efektor. A získat tyto údaje znamená použít absolutní způsob měření (fotoaparáty, GPS atd.). Nyní na tom pracujeme.