Мягкотелый робот «без мозгов» выбрался из лабиринта за счет физического интеллекта

Манипуляторы или даже андроиды с тысячами датчиков и десятками степеней свободы хороши в контролируемых и предсказуемых условиях. На фабрике или в лаборатории, где их преимущества, обусловленные сложным устройством, могут раскрыться в полной мере. Когда речь заходит об экстремальной обстановке, каждый дополнительный узел, сочленение или проводок становится риском — лишней точкой отказа. На других планетах, в глубинах океанов или расщелинах непроходимых гор нужны роботы совершенно иного типа. Желательно, такие, в которых вообще нет деталей.

Эта сфера робототехники привлекает инженеров давно. Своим новым достижением поделилась команда из государственного Университета штата Северная Каролина, США (NCSU). Исследователи усовершенствовали ранее созданного ими мягкого робота. Он представляет собой ленту, особым образом сформированную эластомерами из жидких кристаллов. Под действием внешнего источника тепла она сокращается, смещая центр тяжести всего устройства. В результате робот катится в сторону, пока не натолкнется на препятствие.

Как только это происходит, нестабильное равновесие в структуре ленты нарушается и она сокращается в обратную сторону. Получается максимально примитивный аналог детской игрушечной машины, которая каждый раз едет в другом направлении, как только встречается со стеной, ножкой мебели или ногой владельца. Обновленный робот отличается от предшественника асимметрией конструкции. Одна его половина уменьшается в длину, а вторая скручивается спиралью.

Благодаря такому небольшому изменению удалось решить проблему со строго параллельными препятствиями. Раньше робот мог «зависнуть», перекатываясь между двумя стенками. Теперь он всегда двигается под углом. Это, казалось бы, простейшее движение позволяет ленте из жидких кристаллов за считанные минуты выбираться из лабиринта. Сложность головоломки пока еще довольно скромная, но для «безмозглого» робота достижения впечатляющие. Он способен выбираться из лабиринта, если проход в ширину меньше его длины или конфигурация всего пути меняется на ходу.

Для того, чтобы «безмозглый» робот начал двигаться, поверхность под ним необходимо нагреть выше 55 градусов Цельсия, а окружающий воздух должен быть холоднее. Чем больше градиент температур и горячее поверхность, тем быстрее движение. Теоретически, жидкие кристаллы в основе робота могут быть «настроены» на разные температуры. Исследователи проверили проходимость своего изобретения на металлической подложке и песке. Подробное описание его устройства и всех проведенных экспериментов опубликовано в рецензируемом журнале Science Advances.

Решение механизмами каких-либо заранее не запрограммированных задач без применения вычислительной техники, а лишь за счет своего механического устройства, называется физическим интеллектом. Подобные роботы окажутся незаменимыми в условиях, где нет внешнего источника электричества, а толерантность к отказам техники низкая. Такой «червяк» может нести на себе датчики и проникать в подземные ходы, куда в ином случае пришлось бы отправлять человека или сложного насекомоподобного робота. Главное, чтобы сохранялась разница температур между атмосферой и поверхностью, по которой ему предстоит перемещаться.