Создан роботоподобный аналог швейцарского армейского ножа

Технологии и невероятное количество функций привлекут внимание потребителя

Данное устройство не слишком похоже на свой прообраз: оно размером с гусеницу и состоит из металлических колец и полос, напоминая безделушки, которые можно найти в чулане мастерской. Однако стоящие за ним технологии и невероятное количество функций привлекут внимание потребителя.

Это маленькое устройство называется милли-мотейн (маленькое пятнышко). Название отражает миниатюрные размеры компонентов и мобильный дизайн, на который создателей вдохновили белки, что выразилось в невероятном разнообразии форм. Этот миниатюрный робот может стать прототипом для других устройств, которые смогут трансформироваться почти в любые возможные формы.

Устройство было разработано руководителем Массачусетского технологического института (МТИ) частиц и атомов Нейлом Гершенфелдом при участии приглашенных ученых Ара Кнаян и Кеннес Чеунг и описано в докладе, представленном недавно на конференции, посвященной разработке роботов и систем с искусственным интеллектом.

Гершенфелд так характеризует главные отличительные черты новинки: «Фактически это одномерный робот, который может трансформироваться в сплошную полосу без каких-либо подвижных частей, а затем трансформироваться в любую задуманную форму». Чтобы сконструировать самого маленького в мире цепочного робота, ученые изобрели новый вид двигателя. Он не только очень маленький и очень мощный, но еще и способен стабильно выполнять свои функции даже при отключенном питании. Исследователи объединили эти функции в новой системе, названной ими электроперманентным двигателем.

Данный двигатель работает как огромные электромагниты, использующиеся на свалках металлолома при поднятии машин. Они состоят из одного мощного магнита, не требующего никакого питания, как и любой обычный магнит, соединенного с другим более слабым магнитом, магнитное поле которого контролируется с помощью электротока в катушке. Магниты соединены таким образом, чтобы их мощность можно было увеличивать или уменьшать по необходимости. То есть магнитное поле большого магнита действует непостоянно, и мы можем контролировать силу его магнитного поля, если нужно, например, опустить автомобиль на землю.

В новой миниатюрной версии ряд постоянно действующих магнитов соединен с электромагнитами, расположенными по кругу; они двигают окружающее их стальное кольцо. Главная инновация, по словам Кнаяна, состоит в том, «что эти магниты не используют энергию ни во «включенном», ни в «выключенном» состоянии, а лишь во время трансформации, расходуя, по сути, минимальное количество энергии».

Концепция милли-мотейнов была представлена в докладе, изданном в прошлом году. В нем были проанализированы теоретические возможности сборки любой 3-D формы путем простого складывания длинной вереницы одинаковых составных частиц. В данной работе в соавторстве с Чеунгом профессор МТИ Эрик Демейн, выпускник Сол Гриффис и бывший научный сотрудник лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Джанатан Бахрах математически доказали, что абсолютно любую 3-D форму можно воспроизвести с помощью складывания довольно длинной цепи частиц-составляющих, и определили конкретные шаги, необходимые для успешного достижения желаемой цели.

«Мы показали, что можно создать такую универсальную систему, что, кстати, очень просто», – говорит Чеунг. Пока он и его коллеги еще не нашли оптимальный путь к трансформации в нужную форму, однако они уже разработали несколько полезных стратегий для практического определения последовательности складывания частиц.

Демейн подчеркивает, что трансформация не обязательно должна быть последовательной, частицы не должны в одно время совершать лишь одно перемещение по линии. «В идеале лучше провести все преобразования сразу, чтобы каждая частица двигалась одновременно с другими, чтобы принять нужную форму, распределяя нагрузку равномерно», – говорит ученый.

Другие исследователи, в число которые входят и некоторые ученые из МТИ, разработали идею создания реконфигурируемых роботов из отдельных составляющих частей, которые могут самостоятельно собираться в различные формы (этот подход иногда называют «программируемой галькой»). Однако команда Гершенфелда выявила, что цепочка, состоящая из частиц, способных складываться в любую форму самостоятельно, проще в плане контроля, питания и подачи команд, чем отдельные части, которые должны «нащупать» друг друга и собраться в нужном порядке. «Вы просто посылаете сигнал по цепочке», – говорит Кнаян.

Гершенфелд объясняет, что это – просто часть общего подхода «закладывания данных в вещи». В статье, опубликованной в последнем выпуске журнала министерства иностранных дел, он описывает данную технологию, сравнивая ее с дорожной картой, отправляющей частицы в нужном направлении, и политические последствия подобного изобретения. Он со своими коллегами создал глобальную сеть из более чем 100 «потрясающих лабораторий», которые обеспечат широкой публике возможность наблюдать за созданием устройств. Сегодня функция трансформации закладывается в большей степени внешним компьютером, чем хранится в производимых составляющих частицах, но цель исследования в том, чтобы оцифровать сами материалы так, чтобы они сами могли менять свою форму, как это делают милли-мотейны.

Адъюнкт-профессор механической и аэрокосмической инженерии и компьютерных и информационных наук в Корнельском университете Ход Липсон отмечает: «Полученный результат приближает нас к идее создания программируемой материи, когда компьютерная программа и вещество сливаются, чтобы создать новый вид материи, чью форму и функции можно запрограммировать – не биологического происхождения. Многие сегодня восхищаются 3-D печатью и ее возможностью воспроизводить любую форму. Группа Гершенфелда думает уже о следующем шаге, когда мы можем контролировать не только форму предмета, но и его поведение».

Милли-мотейны относятся к семейству устройств, масштаб которых разнится от «наноструктур», основанных на белках, до варианта, где цепочка частиц будет длиной с человека, как говорит Гершенфелд. Определенно можно сказать, что в ближайшее время робот-трансформер будет «миниатюрным, недорогим, прочным и мощным», говорит Кнаян, добавляя при этом: «Однако достичь этой цели полностью нам пока еще не удалось». Тем не менее он отмечает: «Доказательство того, что это возможно, – наша биология».

Работа исследователей МТИ может привести к созданию роботоподобных систем, которые смогут динамично трансформироваться для выполнения различных задач, а не повторять определенные фиксированные действия, на что запрограммирована обычная и сравнительно недорогая робототехника.