Бионическое щупальце: представлен мягкий робот с децентрализованным управлением

Современные глубоководные роботы обычно полагаются на заранее запрограммированные движения и жесткие конструкции, что делает их малоэффективными в условиях непредсказуемых океанских течений и сложного рельефа. Исследователи из Итальянского технологического института (IIT) предложили принципиально иной подход, обратившись к биологическим решениям, которые эволюционировали на протяжении 500 миллионов лет.

Принципы децентрализации в робототехнике

Прообразом устройства стал осьминог. У этого моллюска около 60% нейронов распределены по конечностям, что позволяет каждой из них обрабатывать информацию локально и мгновенно реагировать на раздражители — например, захватывать добычу — не дожидаясь команд от центрального мозга. Ученые воссоздали эту архитектуру, используя силикон и современную электронику.

Созданный манипулятор представляет собой мягкую «руку» длиной 41 см и диаметром 4 см у основания. Конструкция сужается к концу и оснащена 10 искусственными присосками. В отличие от существующих аналогов, система не требует камер или мощных внешних компьютеров для совершения базовых движений.

Сенсоры и «нервная система» из светодиодов

Внутри каждой присоски установлены три пары светодиодов и фототранзисторов — миниатюрных компонентов, которые регистрируют изменения отраженного света. Когда силиконовая поверхность соприкасается с объектом, она деформируется, что меняет световую картину. Система мгновенно преобразует эти данные в три ключевых параметра:

• факт контакта с предметом;
• сила нажатия;
• угол соприкосновения.

Чувствительность датчиков позволяет фиксировать усилие в 0,1 ньютона, что сопоставимо с весом нескольких канцелярских скрепок. Погрешность в определении направления не превышает 18 градусов, что обеспечивает высокую точность захвата даже в условиях плохой видимости.

Двухуровневое управление и автономность

Работа робота организована на двух уровнях. Первый уровень — чисто локальный: каждая присоска имеет собственный контур, который активирует вакуумный захват сразу после обнаружения контакта. Второй уровень анализирует данные со всех сегментов конечности и принимает решение о глобальной стратегии: свернуть щупальце, повернуть его или переместить объект. В обзоре отмечается, что такая структура позволяет системе легко масштабироваться — к ней можно добавлять новые присоски без потери скорости реакции.

Результаты испытаний и перспективы

В ходе подводных тестов манипулятор успешно распознавал и захватывал стеклянные бутылки, чашки и искусственных морских звезд прямо в движении. Устройство оценивало вес захваченного объекта в 72,5 г при его реальной массе 85 г. Максимальная грузоподъемность составила около 0,5 кг, а точность сенсоров сохранилась даже после 300 циклов использования. По словам исследователей, основные сферы применения новой технологии включают:

• инспекцию подводных трубопроводов и кабелей;
• сбор биологических образцов в хрупких экосистемах;
• обслуживание глубоководных платформ, где жесткие роботы могут нанести повреждения.

Преимущество разработки итальянских инженеров перед аналогами от Festo или Бристольского университета заключается в ее полной автономности. Робот не просто удерживает предмет по команде оператора, он самостоятельно определяет, как именно это сделать. В будущем команда планирует интегрировать в систему нейроморфные вычисления — технологию, имитирующую работу реальных нейронных сетей, чтобы еще больше приблизить возможности робота к способностям живого осьминога.