Het is de heilige graal in robotica:een androïde die complexe taken naast mensen kan uitvoeren in een echte wereld.

Het probleem is dat wanneer robots worden gevraagd om buiten een sterk gecontroleerde omgeving te werken, ze hebben de neiging traag en onhandig te zijn. De snelle en nauwkeurige robots die zo effectief werken in fabrieken, kunnen niet werken in echte omgevingen omdat ze die omgevingen niet onmiddellijk kunnen waarnemen en erop reageren. Vraag hen om snel een breekbaar voorwerp te pakken, en ze zullen het waarschijnlijk verpletteren. Vraag ze om naast een mens te werken, en ze kunnen per ongeluk zijn arm breken of hem van het laadplatform stoten.

"Als we willen dat robots naast mensen werken of complexe taken autonoom afhandelen, we moeten een zachtere robot maken, " zegt Peter Whitney, hoogleraar techniek aan Northeastern, die gespecialiseerd is in robotmechanica.

Whitney gelooft dat hij het antwoord heeft:hydrauliek.

Tijdens mijn werk bij Disney Research in Pittsburgh, hij ontwikkelde Jimmy, een opmerkelijk levensechte robot die snel is, nauwkeurig, en zacht genoeg om te vangen met een ballon, pak een ei, en aai een meisje op de wang zonder haar een hersenschudding te bezorgen.

Voor nu, Jimmy wordt door een mens als een marionet bediend. Deze vroege incarnatie toont aan dat Whitney's hydraulische systeem een ​​tastgevoel kan creëren dat de mogelijkheden van de robot enorm vergroot. Het verplettert het ei niet omdat de operator zijn schaal kan voelen door hydraulische feedback; het slaat het meisje niet in elkaar omdat de operator haar gezicht kan voelen zodra de robotarm haar aanraakt.

Ook al is Jimmy nog niet autonoom, het hydraulisch systeem kent vele toepassingen. Bijvoorbeeld, Whitney werkt samen met onderzoekers van Stanford University om zijn technologie aan te passen om robotgeassisteerde MRI-chirurgie uit te voeren.

Omdat een MRI-buis zo smal is, artsen moeten momenteel patiënten in en uit de buis rollen terwijl ze een operatie uitvoeren. Whitney werkt samen met Stanford University-ingenieur Mark Cutkosky om een ​​kleinere versie van Jimmy te perfectioneren om een ​​operatie in de buis uit te voeren. geleid door een chirurg met behulp van de marionetachtige bedieningselementen. Omdat de hydraulische technologie een tastzin overbrengt, de chirurg zou kunnen voelen wat Jimmy in de MRI-buis doet.

"Peter's robots zijn elegant in hun eenvoud en kunnen mechanische beweging met precisie van het ene punt naar het andere vertalen, " zegt Hata Nobuhiko, een professor aan de Harvard Medical School die directeur is van het programma in Brigham and Women's Hospital dat robotinnovaties aanpast voor medisch gebruik.

"Het is eenvoudig omdat het niet afhankelijk is van draden en motoren en sensoren om de robot te geleiden, ", zegt Nobuhiko. "Er is geen computer nodig om te bepalen hoeveel druk je moet uitoefenen. in de geneeskunde, daar houden we niet van, want er kan te veel mis gaan. Dat wil je niet als je in een menselijk lichaam zit."

Met Whitney's hydraulische technologie, Nobuniko zegt dat chirurgen buiten de MRI-buis kunnen staan ​​en nauwkeurig een prostaatbiopsie kunnen uitvoeren met Whitney's 'magische hand'. Een van de voordelen van Whitney's hydraulische systeem is dat er geen magnetisch of elektrisch materiaal voor nodig is. die de MRI-beeldvorming zou verstoren.

"Het is het geheim van wat het zo precies en licht maakt, "zegt Cutkosky. "We willen dat de arts het gevoel heeft dat haar vingertoppen in de MRI-machine zitten en de naald induwen."

Whitney speculeert dat als hij belangrijke onderdelen van het hydraulische systeem kan verkleinen, zijn technologie kan worden aangepast aan laparoscopische chirurgie.

"Laparoscopische chirurgie is nu volledig gevoelloos, "zegt Whitney. "Alle bewegingen van de chirurg worden gecontroleerd door zicht, niets op gevoel. Dat komt omdat er geen nauwkeurige forcefeedback is."

Autonomie

De volgende stap, hij zegt, is om zijn systeem te gebruiken in autonome robots, de snelheid en precisie van industriële robots combineren met de zachtheid die nodig is om naast mensen te werken. De potentiële toepassingen zijn enorm, variërend van ouderenzorg en reddingswerk, tot verwijdering van gevaarlijk afval en verkenning van de ruimte. Whitney zegt dat het doel van deze technologie elk werk is waarbij een robot het ene moment nauwkeurig en snel moet zijn en het andere moment meegaand en zachtaardig.

Whitney werkt samen met Noordoost-professor in computerwetenschappen Robert Platt, die de kunstmatige intelligentie ontwikkelt die nodig is om autonome taken uit te voeren, met name het grijpen en manipuleren van gewone huishoudelijke voorwerpen, zodat een robot kan worden gebruikt voor taken zoals voeden en scheren.

"Met Jimmy, we hebben laten zien waartoe de hardware fysiek in staat zal zijn als de kunstmatige intelligentie inhaalt, ", zegt Whitney. "Ook al is het nog steeds door mensen gecontroleerd, het bewijst dat een autonome toepassing mogelijk is."

Goedkope oplossingen

Het hydraulische systeem van Whitney heeft ook het potentieel om de kosten van agile robots drastisch te verlagen. Dit is vooral belangrijk in de thuissituatie, waar klanten niet de financiële middelen hebben van productiebedrijven. Zijn doel is om een ​​robotarm te ontwikkelen met minimaal zeven gewrichten die op een rolstoel of op een robotwiel kan worden gemonteerd.

"We hopen de kosten onder de $ 2 te houden, 000, die zou kunnen worden gehalveerd door massaproductie."