Lucia Beccai, strokovnjakinja za mehko robotiko na Italijanskem tehnološkem inštitutu v Genovi, se je med gledanjem dokumentarnega filma o slonih domislila vsestranskosti njihovih rilc, ki lahko nežno odstranijo en sam list z drevesa in nato premaknejo ogromne hlode.
Današnjim robotom je manjkala ta vsestranskost. Kaj pa, če bi raziskovalci lahko posnemali anatomijo in delovanje slonjega rilca? To bi lahko revolucionarno spremenilo način ravnanja robotov s predmeti, od uporabe pri pomoči po hiši do iskanja preživelih v ruševinah.
»Slonov rilec je resnično privlačen, ker je zelo spreten in občutljiv,« je dejal Beccai. »Je čutni organ, ki je velik, brez kosti, a izjemno vsestranski. Danes je njegova zmogljivost v robotiki neprekosljiva.«
To opažanje je postalo izhodišče za PROBOSCIS, petletno raziskovalno pobudo, ki jo financira EU in je združila biologe, inženirje in znanstvenike za materiale, da bi dešifrirali mehaniko slonovega rila.
Cilj je bil preseči današnje specializirane prijemala in ustvariti bolj univerzalno robotsko roko – takšno, ki lahko nežno prime grozdje ali trdno dvigne težek predmet ter se prilagodi širokemu razponu oblik in tekstur brez večjih sprememb strojne opreme.
Debla: ena neprekinjena struktura
Danes ima večina robotov togo roko z motoriziranimi sklepi in prijemalom na koncu – ločena elementa z izrazitimi omejitvami. Ti roboti ne morejo izvajati tistega, kar Beccai imenuje »manipulacija celega telesa«: ovijanja celotne roke okoli predmeta na neprekinjen, tekoč način, za razliko od slonjega rilca.
Trup je tisto, čemur biologi pravijo mišični hidrostat, tako kot lovke hobotnice ali človeški jezik. Z več kot 100.000 posameznimi mišicami in brez okostja se lahko hkrati razteza, krči, upogiba in zvija v katero koli smer, brez razlike med roko in prijemalom – je ena neprekinjena struktura.
Rilec je tudi izjemno močan, saj lahko nosi breme skoraj 300 kilogramov. Afriški sloni imajo na konici celo dve majhni prstom podobni izboklini za bolj občutljiva opravila.
Preproste poteze, kompleksni rezultati
Da bi bolje razumeli delovanje debla, je profesor Michel Milinkovitch, evolucijski biolog na Univerzi v Ženevi, vodil ekipo, ki se je posvetila tehnikam snemanja filmov.
Trakovi odsevnih markerjev – podobnih tistim, ki se uporabljajo v filmskih uspešnicah – so sledili natančnim gibom rilca, ko so sloni v južnoafriškem rezervatu manipulirali s predmeti različnih oblik, velikosti in tekstur. Posnetki so bili posneti z visokohitrostnimi kamerami, ki so zajele presenetljivo učinkovit sistem.
»Ugotovili smo, da združujejo majhen nabor vedenj,« je dejal Milinkovitch. »Skrajšanje nekaterih odsekov, podaljševanje nekaterih odsekov, upogibanje nekaterih odsekov in vse to združijo, da dosežejo nalogo.«
"
Slonov rilec je resnično privlačen, ker je zelo spreten. […] Danes je njegova zmogljivost v robotiki neprekosljiva.
Milinkovitchu se je eno gibanje zdelo še posebej spektakularno. Ko so sloni segli za glavo – pogosto zato, da bi vzeli priboljšek od oskrbnika – niso le zvili rite nazaj.
Namesto tega so štrleli ven in začasno utrdili zgornji del, s čimer so ustvarili dva "psevdo-sklepa", ki sta delovala kot rama in komolec, spodnji del pa se je zamahnil nazaj, da bi zgrabil priboljšek.
»To je bilo absolutno osupljivo, saj tega še nihče ni videl. To počnejo zelo hitro,« je dejal Milinkovitch. Pokazalo se je, da lahko deblo tvori ločene dele, ločene s sklepi.
Ekipa je izvedla tudi anatomske študije na enem samcu afriškega in enem samcu azijskega slonjega rite, zbranih od umrlih živali v živalskem vrtu.
3D mišice
Da bi Milinkovičeve ugotovitve prenesli v robotiko, se je Beccaijeva ekipa osredotočila na konico debla. S 3D-tiskanjem so združili senzorje in umetne mišice oziroma aktuatorje v eno samo brezhibno telo. Te pnevmatske, balonom podobne strukture se med napihovanjem in izpraznjevanjem z zrakom raztezajo in krčijo. Z spreminjanjem njihove velikosti in geometrije lahko raziskovalci v sistem programirajo specifične gibe.
Za ustvarjanje mehkega robota, podobnega prtljažniku, so raziskovalci združili pnevmatske aktuatorje z mrežasto strukturo, ki se lahko deformira v več smereh.
Naprava je natisnjena v enem neprekinjenem postopku iz iste mehke smole, vključno z optičnimi senzorji, ki zagotavljajo povratne informacije o dotiku in upogibanju konice debla.
En sam material je ključnega pomena, je dejal Beccai. »To je resnično pomembno, ker odstrani material in mehanske vmesnike med različnimi komponentami, kar omogoča kontinuiteto gibanja v kombinaciji s senzoričnimi povratnimi informacijami.«
Prototip se lahko podaljšuje, stiska in upogiba ter izvaja gibe, kot so stiskanje, zajemanje in doseganje. Ta zasnova pomeni korak k resnično univerzalnemu prijemalu, ki lahko z enim samim prilagodljivim sistemom obravnava vse od mehkih, občutljivih predmetov do težjih predmetov nepravilnih oblik.
Raziskovalni projekt se je zaključil aprila 2025 in čeprav mehka robotska roka zaenkrat ostaja laboratorijski demonstrator, ekipa pravi, da že premaga večino oblikovnih težav, ki ovirajo današnje robotske roke.
Nežen nadzor
Eno ključnih spoznanj slonov je bilo o nadzoru. Rilec vsebuje na tisoče mišic, vendar slon ne more nadzorovati vseh.
Namesto tega, je pojasnil Beccai, njihovi možgani nadzorujejo majhno število mišičnih sinergij, ki jih je odkrila Milinkovitcheva ekipa, usklajenega sodelovanja mišic za izvedbo gibanja. Fizična struktura trupa poskrbi za ostalo.
To je raziskovalcem pokazalo, kako narediti funkcionalne mehke robote uporabne zunaj laboratorija: oblikovati prihodnje sisteme okoli sinergij, ne posameznih aktuatorjev.
"
Moje sanje so zgraditi sistem v zdravstvu, ki lahko pomaga na primer invalidu ali starejši osebi tako, da jo dvigne.
Beccaijeva upa, da bo to zmanjšalo kompleksnost in porabo energije, kar bo omogočilo delovanje naprav na baterije in lažjo uporabo. Predvideva široke praktične aplikacije, od obiranja mehkega sadja – velikega izziva v današnji robotiki – do gospodinjskih opravil, kot sta sortiranje perila ali ravnanje z lomljivo posodo.
Takšni roboti imajo potencial v okoljskih aplikacijah, od ravnanja z ruševinami in sortiranja odpadkov do delovanja v krhkih ekosistemih, ne da bi pri tem poškodovali okoliške rastline, tla ali morsko življenje. Pri iskanju in reševanju bi se lahko mehka roka prebila skozi ruševine in s svojim občutkom dotika pomagala najti ljudi..
Vendar pa Beccaija najbolj zanima asistenčna robotika. »Moje sanje so zgraditi sistem v zdravstvu, ki lahko na primer pomaga invalidni ali starejši osebi tako, da jo dvigne, hkrati pa ji poda vilice ali svež kos sadja,« je dejal Beccai.
En sam robot, ki bi bil dovolj močan za pomoč pri prevozih, a hkrati dovolj nežen za ravnanje z vsakodnevnimi predmeti, bi ljudem lahko omogočil bolj samostojno življenje. In za razliko od običajnega stroja zaradi svoje mehkobe ne bi bil zastrašujoč.
Za Beccaija cilj ni bil le boljši prijemalnik. Šlo je za robota, s katerim se je naravno soočiti – močan, ko je to potrebno, in nežen, ko je to pomembno.
Raziskavo v tem članku je financiral program EU Obzorje. Mnenja anketirancev ne odražajo nujno mnenj Evropske komisije. Če vam je bil članek všeč, ga delite na družbenih omrežjih.
