Британският YouTuber Джеймс Брутън си поставя една амбициозна цел – да създаде гигантски ходещ робот, вдъхновен от вселената на Star Wars, и да го управлява върху тенис корта на свой приятел. „Целта ми е да направя видео, върху което хората биха кликнали“, казва той пред BBC.

За да реализира своя проект, Брутън трябва да изгради четири мощни крака за т.нар. AT-AT – машината, която дебютира във филма The Empire Strikes Back. Предизвикателството не е само в мащаба, но и в прецизния контрол. „Не искам нещо огромно и нестабилно“, обяснява той.

Решението идва под формата на сложна система от мотори и зъбни механизми, функциониращи като серво задвижвания – компоненти, които позволяват позицията на движещите се части да бъде наблюдавана и контролирана. След като завършва конструкцията, Брутън заснема видео, в което, облечен като „щурмовак“, управлява робота. „Доста е бавен“, признава той.

Следващата цел на Брутън е още по-амбициозна – двукрака версия, която ще изисква системи, реагиращи значително по-бързо, за да поддържа баланс, докато носят човешки товар. Някои от компонентите, които той разработва, функционират като „променливи пружини“ – механизми, които могат да обръщат движението си и да поемат част от удара при контакт със земята. „Могат динамично да абсорбират натоварването, когато е необходимо“, обяснява той.

Sprout е малък, дружелюбен хуманоиден робот, проектиран да взаимодейства с хората

Двигателят зад всяко движение

За да „оживее“ един робот, важна роля играят т.нар. актуатори – задвижващи механизми, които активират движението. Най-общо те или се движат линейно напред и назад, или се въртят около ос, като съществуват множество технологични подходи за реализирането им.

Комбинирането на актуатори с изкуствени крайници позволява създаването на роботизирани ръце, кучета или дори хуманоидни роботи. Ако роботите трябва да станат по-усъвършенствани, тези компоненти ще трябва да бъдат по-прецизни, по-ефективни и по-интелигентни.

В момента обаче сравнително малко компании могат да произвеждат актуатори в голям мащаб и с висока точност. Технологията все още е доста далеч от биологичните „мускули“, които позволяват на животните да се движат с изключителна ефективност и грация.

Ново поколение задвижвания може да ускори прехода от тромави машини към роботи с много по-плавни и координирани движения.

„Дълго време специалистите използват постояннотокови (DC) мотори, за да задвижват роботите“, казва Майк Толи от Калифорнийския университет в Сан Диего. Този тип двигатели са отлични при високи скорости и нисък въртящ момент – например за вентилатори.

Но хората не се движат като въртящи се перки. „Ние трябва да можем да вдигаме, да бутаме и да извършваме действия, които изискват значителна сила и въртящ момент“, обяснява той.

От гледна точка на безопасността е важно и роботизирана ръка, например, да може да бъде незабавно спряна и отблъсната без риск за човека. Това изисква т.нар. актуатор с възможност за обратно движение – механизъм, който позволява обратимо движение. По-простите системи без тази функция наподобяват автомобил с ръчна скоростна кутия, който трябва да бъде превключен, за да тръгне назад.

Енергийната ефективност е друг сериозен проблем. „Днешните роботи бързо изчерпват батериите си“, казва Джени Рийд, директор на програмата за роботизирана сръчност в технологичната агенция Aria, пред BBC. „Електрическите мотори не са особено добри в това отношение.“

При много малките актуатори се появява и допълнително предизвикателство – те често прегряват.

Tesla има Optimus, но нейният китайски конкурент създава Iron – робот, „достатъчно мекичък“, за да го прегърнеш

Индустрията търси по-добри решения

Германската компания Schaeffler работи върху ново поколение актуатори за британската компания Humanoid. Целта е да се създадат компоненти, които позволяват енергийно ефективно и добре контролирано движение – ключово условие за двукраките роботи, които трябва да се придвижват безопасно сред хората.

Подходът включва разработването на системи, които генерират голям обем данни за позицията и работата си, така че компютрите да могат да коригират поведението им в реално време.

„Трябва да намерим оптималния баланс между триене и възможност за обратно движение. Това е сложна задача“, казва Давид Кер, президент на подразделението за хуманоидна роботика.

Компанията планира да използва роботи и в собствените си фабрики – например за преместване на компоненти от поточни линии към индустриални миялни системи преди опаковане. „Вече усещаме недостиг на работна ръка“, отбелязва Кер и подчертава, че служителите ще бъдат преквалифицирани за други роли.

Американската компания Boston Dynamics също залага на ново поколение актуатори, разработени съвместно с южнокорейската Hyundai Mobis – компания, известна основно с автомобилните си части.

„Актуаторът се състои от контролер на двигателя и редукторни механизми и много наподобява електрическа система за сервоуправление“, казва Се Ук О, вицепрезидент и ръководител на роботизирания бизнес в Hyundai Mobis.

Това е първият случай, в който компанията доставя подобни компоненти за хуманоидни роботи.

„Качеството и надеждността са критични за безопасността на хората. Разполагаме с технологията и опита за това“, допълва той.

Ако роботите и хората воюват с юмруци - пердахът ни е гарантиран

От метал към „изкуствени мускули“

Днешните актуатори са изградени основно от метал, твърди пластмаси и електроника, но учените експериментират с алтернативи.

Екипът на Майк Толи разработва „меки роботи“, задвижвани от въздух, които могат да се движат както по суша, така и във вода. В един от прототипите шесткрак робот без електроника ходи благодарение на въздух, който се изпомпва през тръба.

За да демонстрират устойчивостта му, изследователите дори преминават с автомобил върху него.

„Искахме да покажем, че е достатъчно мек и еластичен. Може да понесе сериозни натоварвания“, казва Толи.

Агенцията Aria финансира и проекти с актуатори, изработени от еластомери – материали, подобни на гума. Те могат да се свиват или разширяват при подаване на напрежение, наподобявайки функционирането на мускул.

„Тази технология се изследва от години“, казва Рийд, като признава, че все още не е довела до революция. „Но при подобни иновации е важно да продължиш да настояваш.“

Крайната цел е създаването на роботи, които се движат значително по-естествено от днешните машини.

„Роботите все още се движат тромаво и доста тежко“, казва тя. „А това е толкова различно от начина, по който се движим ние.“