Ответ на загадку «Сколько роботов нужно, чтобы вкрутить лампочку?» пересмотрен благодаря исследователям из Northeastern University. Их разработка — гибридный робот, сочетающий преимущества жёстких и мягких систем, — демонстрирует, как механические метаматериалы позволяют преодолеть ключевые ограничения современной робототехники. Результаты работы открывают путь к созданию манипуляторов, которые одновременно безопасны для человека и способны выполнять сложные задачи, требующие высокой точности и силы.
«Существует два типа роботов: жёсткие, как промышленные манипуляторы, и мягкие, вдохновлённые биологией. Первые опасны для людей, но мощны, вторые — безопасны, но слабы. Мы объединили эти подходы», — объясняет Джеффри Липтон, доцент кафедры механической и промышленной инженерии Northeastern University. Его команда создала роботизированную руку на основе механических метаматериалов — структурированных материалов, свойства которых определяются не химическим составом, а геометрией.
Ключевым элементом конструкции стал податливый шарнир, аналогичный узлам в автомобильных приводах, но изготовленный из гибких материалов. Такие шарниры способны изгибаться до 45°, сохраняя жёсткость на кручение в 52 раза выше, чем на изгиб. Это позволяет роботу передавать крутящий момент до 3 Н·м — достаточно для вкручивания лампочек, болтов и поворота вентилей — при этом оставаясь безопасным при контакте с человеком.
Для управления манипулятором исследователи обучили нейронную сеть, что позволило достичь рекордной точности: погрешность при перемещении не превышает 0.4 мм, а при повороте — 0.1°. В тестах робот успешно выполнил задачи, недоступные традиционным мягким аналогам, включая установку лампочки в цоколь с усилием, имитирующим руку человека.
Потенциал технологии выходит за рамки лаборатории. По словам авторов, разработка устраняет разрыв между жёсткой и мягкой робототехникой, открывая возможности для интеграции в складские системы, медицинские экзоскелеты и оборудование для работы в экстремальных условиях.
Представьте робота, который может вкрутить клапан на химическом заводе, а через минуту — аккуратно взять хрупкий образец, не перестраиваясь программно. Это будущее, где безопасность и мощность не противоречат друг другу
Джеффри Липтон, доцент кафедры механической и промышленной инженерии Northeastern University
Следующий шаг команды — миниатюризация технологии для применения в робототехнике носимых устройств и протезировании.
