Πώς η Ρομποτική Μπορεί να Πάρει Έμπνευση από τη Φύση

Από το ότι ήταν πηγή ψυχαγωγίας για τους συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας μέχρι το ότι έγινε εργαλείο ανάπτυξης για την ανθρώπινη κοινωνία, τα ρομπότ και η ρομποτική έχουν διανύσει μεγάλη απόσταση.

Μεταξύ 2016 και 2028, η παγκόσμια αγορά ρομποτικής αναμένεται να αυξηθεί από σχεδόν US$23 billion to more than US$45 billion. Στην αρχή, η ρομποτική θεωρούνταν κάτι που θα παρέμενε περιορισμένο στους βιομηχανικούς χώρους.

Αντίθετα, πλέον περισσότερο από το ήμισυ της αγοράς ρομποτικής αποτελείται από ρομπότ υπηρεσιών. Τα ρομπότ, αυτές τις μέρες, χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία αυτοκινήτων, τη χημική βιομηχανία, τη βιομηχανία ηλεκτρισμού/ηλεκτρονικών, τη βιομηχανία τροφίμων, τη ιατρική βιομηχανία και άλλα. Πιο καινοτόμα, οι πάροχοι ρομποτικής εξασφαλίζουν τη χρήση τους σε πιο παραδοσιακούς τομείς όπως η γεωργία, η οικιακή εργασία και η ψυχαγωγία.

Αν και είναι αλήθεια ότι ο ρόλος της ρομποτικής έχει μετασχηματιστεί σε πολλούς συμβατικούς τομείς, μπορεί να μάθει κάτι ή δύο από τον κόσμο γύρω μας; Σήμερα, θα εξετάσουμε προσεκτικά σενάρια όπου η ρομποτική μπορεί να πάρει έμπνευση από τη φύση.

Πώς η Βιο-Εμπνευσμένη Ρομποτική Μπορεί να Εμπλουτιστεί από τα Whirligig Beetles

Γνωστά ως τα πιο γρήγορα κολυμπάμενα έντομα του κόσμου, τα Whirligig beetles μπορούν να επιτύχουν επιτάχυνση 100 μέτρα ανά δευτερόλεπτο και μέγιστη ταχύτητα 100 μήκη σώματος ανά δευτερόλεπτο, ή πιο συγκεκριμένα 1 μέτρο ανά δευτερόλεπτο. Αλλά πώς καταφέρνουν τέτοια ταχύτητα και επιτάχυνση;

Η στρατηγική πτήσης τους μελετήθηκε από ερευνητές και δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Current Biology. Η μελέτη είχε τίτλο, ‘Whirligig Beetle Uses Lift-Based Thrust for Fastest Insect Swimming.’ 

Η έρευνα χρησιμοποίησε δύο κάμερες υψηλής ταχύτητας συγχρονισμένες σε διαφορετικές γωνίες. Το αποτέλεσμα ήταν το βίντεο που ανέλυε τον μηχανισμό πτήσης: σπρώξιμο βάσει ανύψωσης. Λειτουργούσε παρόμοια με ένα προπέλα, με την κίνηση σπρώξιμου να εκτελείται κάθετα στην επιφάνεια του νερού. Ο μηχανισμός βοηθά στην εξάλειψη της αντίστασης και προσφέρει περισσότερη ορμή για μεγαλύτερη ταχύτητα.

Γιατί είναι σημαντικό αυτό το εύρημα; Αν και είναι αλήθεια ότι το σπρώξιμο βάσει ανύψωσης είχε ήδη εντοπιστεί σε μεγάλους οργανισμούς, αυτή η μελέτη δείχνει ότι το φαινόμενο εφαρμόζεται σε κλίμακα μήκους τόσο μικρή όσο 1 εκατοστό.

Σύμφωνα με τον Chris Roh, βοηθό καθηγητή Βιολογικής και Περιβαλλοντικής Μηχανικής στο College of Agriculture and Life Science, αυτή η ανακάλυψη απευθύνεται στη βιο-εμπνευσμένη ρομποτική και σε άλλες κοινότητες μηχανικών, προτείνοντας πρώτα την ταυτοποίηση της σωστής φυσικής και στη συνέχεια τη διατήρηση αυτής της φυσικής κατά τη δημιουργία των ρομπότ.

Πιο συγκεκριμένα, ο Roh πιστεύει ότι αυτό το φαινόμενο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην ανάπτυξη μη επανδρωμένων ρομποτικών σκαφών, τα οποία μπορούν να είναι πολύ μικρότερα και πιο ευέλικτα αξιοποιώντας τους μηχανισμούς προώθησης που παράγουν ανύψωση των σκαραβαίων-στροβιλίζοντων. Οι Ηνωμένες Πολιτείες βρίσκονται σε διαδικασία ανάπτυξης τέτοιων σκαφών που θα είναι ελεύθερα από τους περιορισμούς της φιλοξενίας του πληρώματος.

Αυτή η έρευνα μας ωθεί να δούμε τη ρομποτική με νέο φως. Είναι πάντα δυνατόν να πάρουμε έμπνευση από τη φύση και να την αντισυμβιβάσουμε σε ανθρώπινες-μηχανικές σχεδιάσεις. Βρήκαμε μερικά ακόμη παραδείγματα τέτοιας συνέργειας μεταξύ φύσης/ανθρώπων και του μηχανήματος.

Ρομπότ Εμπνευσμένο από Χταπόδι που Ανακηρύχθηκε ως το Μέλλον της Μαλακής Ρομποτικής

Δημιουργήθηκε το 2016 από την Cecilia Laschi, καθηγήτρια στο Ινστιτούτο Βιο-Ρομποτικής του Sant’Anna, Πίζα, Ιταλία, το ρομπότ εμπνευσμένο από χταπόδι ήταν εξαιρετικά ευέλικτο και μπορούσε να αντιδράσει στο περιβάλλον του με πολύ μεγαλύτερη ευαισθησία και ακρίβεια από τα περισσότερα άλλα μαλακά ρομπότ που είχαν αναπτυχθεί μέχρι τότε. Με τα λόγια της Laschi:

«Αυτό το σχετικά νέο πεδίο έρευνας έχει τη δυνατότητα να ανατρέψει τις ιδέες μας για το τι μπορούν να κάνουν τα ρομπότ και πού μπορούν να είναι χρήσιμα.»

Το ρομπότ, που απαιτούσε πολύ λιγότερη υπολογιστική ισχύ και ήταν πολύ πιο ικανό στο κίνημα σε τραχείς εδάφη, μπορούσε να απορροφήσει υγρό και στη συνέχεια να το εκτοξεύσει από το σώμα του. Μπορούσε να τρέχει πάνω στο τραχύ πυθμένα της θάλασσας χρησιμοποιώντας και τα οκτώ του πόδια.

Το ρομπότ κατασκευάστηκε με ηλεκτρο-ενεργά πολυμερή που παραμορφώνονταν όταν εκτέθηκαν σε ηλεκτρισμό. Το ρομπότ δοκιμάστηκε επιτυχώς στη Μεσόγειο στις αρχές του 2016. Η ανάπτυξή του έχει βοηθήσει το πεδίο της μαλακής ρομποτικής να προχωρήσει πολύ περισσότερο από τότε.

Σε μια περίπτωση, το 2017, το Harvard University δημιούργησε το Octobot, ένα μαλακό ρομπότ με όλα τα μηχανικά του εξαρτήματα αντικατεστημένα με ανάλογα μαλακά συστήματα. Εκτυπώθηκε τρισδιάστατα και είχε ενσωματωμένα κανάλια που διευκόλυναν τον έλεγχο της ενέργειας και της κίνησης, τροφοδοτούμενο από αεροπνευματικά συστήματα με καύσιμο αέριο.

Πέρα από τις εξελίξεις εμπνευσμένες από χταπόδι, η βιο-εμπνευσμένη ρομποτική μιμήθηκε επίσης άλλα ζώα. Οι μηχανικοί του École Polytechnique Fédérale de Lausanne, για παράδειγμα, ανέπτυξαν ένα ρομπότ που μιμείται την κίνηση ενός σαλαμάνδρου.

Μια άλλη ομάδα ερευνητών αντλήθηκε έμπνευση από τα φίδια. Λόγω των ιδιοτήτων τους να διασχίζουν πολύπλοκα και λεπτομερή εδάφη, αυτά τα ρομπότ θα μπορούσαν να αποδειχθούν χρήσιμα στην εξερεύνηση του διαστήματος.

Pleurobot και Snakebot: Ρομποτική που Κατέστησε Δυνατές τις Πολύπλοκες Κινήσεις

Το Pleurobot draws inspiration από την κίνηση ενός σαλαμάνδρου. Διαθέτει ένα μοναδικό σπονδυλικό που βοηθά το ρομπότ να γλιστράει μέσα και έξω από το νερό. Έχει 11 σπονδυλικές ενότητες. Όσον αφορά την όραση, η ανάπτυξη του ρομπότ είχε ως στόχο την επαναδιέγερση του τρόπου λειτουργίας του ανθρώπινου νωτιαίου μυελού καθώς και του τρόπου αλληλεπίδρασης του εγκεφάλου με αυτόν.

Η μίμηση της κίνησης ενός σαλαμάνδρου μέσω ρομπότ ήταν μια κρίσιμη πρόοδος, επειδή οι σαλαμάνδρες μπορούν να μεταβούν από το έλκωμα στο περπάτημα και στο κολύμπι εκτελώντας την ίδια κίνηση. Απλώς αλλάζει η ταχύτητα. Τέτοιες καινοτομίες θα μπορούσαν να αποδειχθούν μετασχηματιστικές και επαναστατικές όταν εφαρμοστούν σε μηχανές και ρομπότ.

Το Snakebot, από την άλλη πλευρά, ήταν το αποτέλεσμα μιας ομάδας ερευνητών του Carnegie Mellon University. Στόχος τους ήταν η ανάπτυξη ενός ρομπότ που θα μιμούταν την κίνηση ενός φιδιού στην κίνηση μέσα από δύσκολο έδαφος, συντρίμμια και γύρω από εμπόδια. Το ρομπότ είχε μήκος 37 ίντσες και διάμετρο 2 ίντσες και διαθέτει 16 αρθρώσεις. Σύμφωνα με τις τελευταίες αναφορές, η NASA είχε χρησιμοποιήσει αυτά τα ρομπότ στα διαστημικά της έργα.

Με αυτές τις εξελίξεις και πολλές άλλες, τα ρομπότ που παίρνουν έμπνευση από τη φύση, γνωστά και ως βιο-εμπνευσμένη ρομποτική, έχουν γίνει σημαντικά. Το Massachusetts Institute of Technology, ένα από τα πιο θαυμαστά και σεβαστά ιδρύματα του κόσμου για τη μηχανική εκπαίδευση, διαθέτει ένα μάθημα στη βιο-εμπνευσμένη ρομποτική στο τμήμα μηχανολογίας.

Το μάθημα στοχεύει στην προώθηση μιας «διατομεαδικής προσέγγισης στο βιο-εμπνευσμένο σχεδιασμό, με έμφαση στην εξαγωγή αρχών εφαρμόσιμων σε διάφορους τομείς έρευνας ρομποτικής, όπως η ρομποτική, οι προθέσεις και οι τεχνολογίες βοήθειας για τον άνθρωπο».

Δεν ενδιαφέρονται μόνο τα μεγάλα ιδρύματα, αλλά και μεγάλες τεχνολογικές εταιρείες συμμετέχουν ενεργά στη βιο-εμπνευσμένη ρομποτική με μεγάλο ενθουσιασμό. Για παράδειγμα, η Boston Dynamics, εταιρεία που εξαγοράστηκε από τη Hyundai το 2021 με αξία συναλλαγής 1,1 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ, ανέπτυξε ένα ρομπότ που μιμείται έναν σκύλο για την εκτέλεση πολλών δύσκολων εργασιών. Η τετράποδη μηχανή ονομάστηκε Spot.

1. Spot της Boston Dynamics: Τετράποδο Ρομπότ που Μιμείται Σκύλο

Αναπτυγμένο όπως ένας άκεφαλος κίτρινος σκύλος, το Spot, από τη Boston Dynamics, μπορούσε να ανεβαίνει σε ανηφόρες και να διασχίζει σκάλες. Η συσκευή κοστίζει US$74,500. Εξυπηρετούσε πολλούς σκοπούς, από την επιθεώρηση εργοστασίων, εργοταξίων και επικίνδυνων περιβαλλόντων, έως την ανάβαση και πλοήγηση σε σκάλες.

Το Spot είναι πλέον ικανό να λειτουργεί 24/7, χωρίς παρεμβάσεις. Μπορεί να φορτίζει αυτόματα και να επαναπρογραμματίζει δυναμικά γύρω από νέα εμπόδια. Σύμφωνα με τα επίσημα στοιχεία, τα ρομπότ Spot έχουν φτάσει σε περισσότερους από 1,000 πελάτες μέχρι σήμερα.

Το Spot εξυπηρετεί μια σειρά βιομηχανιών, συμπεριλαμβανομένης της κατασκευής, της ενέργειας και των φυσικών πόρων, της κατασκευής, του ακαδημαϊκού και εκπαιδευτικού τομέα, καθώς και της κυβέρνησης.

Μετά το κλείσιμο της συμφωνίας από τη Hyundai για την ανάληψη του ελέγχου της Boston Dynamics, κατείχε το 80 τοις εκατό της εταιρείας. Η SoftBank, μέσω μιας από τις θυγατρικές της, διατηρούσε τον έλεγχο του υπόλοιπου 20 τοις εκατό.

Η Hyundai δημοσίευσε τις ενοποιημένες οικονομικές της καταστάσεις για το 2022 στις 21 Μαρτίου 2023. Η εταιρεία κέρδισε 6,126,969 εκατομμύρια Κορεατικά Γουόν το 2022, μια σημαντική αύξηση σε σχέση με τα 3,782,498 εκατομμύρια Κορεατικά Γουόν που κέρδισε το 2021. Τα μερίσματα που καταβλήθηκαν το 2022 ήταν 7,207 εκατομμύρια.

2. Η Απόκτηση της SevenSense από την ABB: Μια Επανάσταση στην Ανάπτυξη Ρομπότ Εμπνευσμένων από τη Φύση

ABB, another global robotics stalwart, recently purchased Sevensense, a Swiss start-up that specializes in boosting the mobility of industrial robots. More specifically, SevenSense develops and makes sensor and AI-powered robotic systems that have eye and brain functionalities to maneuver around plants to go all over the factory space.

The solutions will not remain limited to supplied production lines that usually leverage fixed magnetic strips. These robots can shift 2 tons of materials at speeds of 1.5 meters per second. They come with six cameras. According to Sami Atiya, ABB’s head of robotics and discrete automation: 

“Under the old system, when you needed to change a production line of 100 meters, adding a new production cell, for example, it was impossible to divert the robot. Now we can do that easily.”

According to its latest available financial report, ABB had an annual revenue of US$29.4 billion in 2022, compared to US$28.9 billion in 2021.

3. Motobot της Yamaha Εμπνευσμένο από τον Ανθρώπινο Αναβάτη

Not only sea animals and our four-legged friends, but robots take cues from us humans as well. Yamaha’s unique project, Motobot, aims to create an ideal humanoid robot to operate a vehicle unmodified for autonomous use. Motobot can autonomously operate the vehicle by taking data from vehicle speed, engine rpm, machine attitude, and similar parameters. 

Yamaha plans to empower Motobot, going ahead, with high-precision GPS, sensors, etc., for it to have machine position recognition capabilities and make its decisions more prudently on the best lines to take around a racetrack and the limits of the motorcycle’s performance. 

To develop Motobot, Yamaha has partnered with SRI International, a leading global research institute. The vision is to draw inspiration and knowledge from the underlying technologies active in developing MOTOBOT, such as robot control and human-machine interface creation. 

According to its latest available annual report for FY 2022, Yamaha earned a revenue of more than 408 billion Japanese Yen in the year with a core operating profit of 43 billion Japanese Yen. 

Μια Λίστα Ατελείωτων Εξελίξεων

Στο περιορισμένο μας χρόνο, θα μπορούσαμε να συζητήσουμε πολλές επαναστατικές περιπτώσεις όπου η ρομποτική αντλούσε σημαντική έμπνευση από τη φύση. Ωστόσο, μια έρευνα των διαθέσιμων ερευνητικών δημοσιεύσεων δείχνει ότι ήταν μόνο η κορυφή του παγόβουνου. Η ρομποτική, ως ρεύμα μελέτης, έρευνας, ανάπτυξης και εφαρμογής, έχει αντλήσει σημαντικά από τη φύση και θα συνεχίσει να το κάνει.

Τα ρομποτικά drones, για παράδειγμα, αντλούν σημαντική έμπνευση από τα πουλιά. Όχι μόνο όσον αφορά τον μηχανισμό πτήσης τους, αλλά τα πουλιά επίσης εμπνέουν τα drones να πετούν αποτελεσματικά σε κακές καιρικές συνθήκες και σε ισχυρούς ανέμους.

Τα βυθισμένα πουλιά οδήγησαν στη δημιουργία του Aquatic Micro Air Vehicle (AquaMAV) στο Aerial Robotics Laboratory του Imperial College London. Αυτά τα AquaMAV μπορούν να βυθιστούν στο νερό με υψηλές ταχύτητες, να αναδυθούν ξανά και να εκτοξεύσουν νερό μέσω ενός ρεύματος. Αυτές οι λύσεις χρησιμοποιούνται σε διάφορες περιπτώσεις, όπως η συλλογή δειγμάτων νερού για αποστολές διάσωσης ή εξερεύνηση κάτω από το νερό.

Οι πεταλούδες έχουν εμπνεύσει μικρορομπότ να έχουν ένα ειδικό τύπο δομής φτερού που θα τα βοηθήσει να πετάξουν πιο μακριά και να αποφύγουν ατυχήματα.

Η Boston Dynamics, μια από τις εταιρείες που έχουμε ήδη συζητήσει, διαθέτει ένα άλλο ρομπότ που ονομάζεται Atlas, το οποίο είναι ένα έξυπνο δίποδο ανθρωποειδές.

Το Jessiko είναι ένα υποβρύχιο ρομπότ που χρησιμοποιεί πτερύγια για να διασχίσει το νερό. Το DelFly Micro είναι ένα ρομπότ φτερού που κουνάει τα φτερά του, βάρους 3,07 γραμμάρια, και όπως φαίνεται από το όνομά του, εμπνέεται από τη μύγα. Ο κόσμος έχει επίσης δει την εμφάνιση ρομπότ με τέσσερα πόδια, μαλακών, τυπωμένων 3D, εμπνευσμένων από χελώνες.

Η φύση διαθέτει εκατομμύρια ζώα και έντομα. Οι εξελικτικές δυνατότητες αυτών των ζώων και εντόμων τα καθιστούν ικανούς να κάνουν καταπληκτικά πράγματα. Οι άνθρωποι δεν αποτελούν εξαίρεση. Η εκμάθηση του τρόπου λειτουργίας αυτών των σωμάτων θα ανοίξει πολλές ευκαιρίες για ρομπότ.

Πολλές εργασίες που απαιτούν από τους ανθρώπους να ταξιδεύουν σε επικίνδυνες περιοχές θα μπορούσαν να εκτελεστούν μέσω αυτών των ρομπότ. Αυτά τα ρομπότ μπορούν όχι μόνο να ολοκληρώσουν αυτές τις εργασίες, αλλά και να το κάνουν με μεγαλύτερη ταχύτητα και αποδοτικότητα, με μεγάλη ευελιξία και ακρίβεια. Μπορούν να βοηθήσουν στην εκτέλεση πολλών επαναλαμβανόμενων εργασιών, δημιουργώντας περισσότερο χρόνο για τον ανθρώπινο εγκέφαλο να κάνει αυτό που κάνει καλύτερα: να δημιουργεί ιδέες και να δημιουργεί νέα πράγματα για την πρόοδο του πολιτισμού.

Κάντε κλικ εδώ για τη λίστα των δέκα καλύτερων εταιρειών ρομποτικής.