Lucia Beccai, stručnjakinja za meku robotiku na Talijanskom tehnološkom institutu u Genovi, došla je na tu ideju dok je gledala dokumentarac o slonovima. Zaintrigirala ju je svestranost njihovih surli, kojima mogu s jednakom lakoćom pažljivo ubrati jedan jedini list sa stabla kao i pomicati velike trupce.
Upravo takva svestranost nedostaje današnjim robotima. No što ako bi znanstvenici uspjeli replicirati anatomiju i funkciju slonovske surle? To bi moglo iz temelja promijeniti način na koji roboti rukuju predmetima i primjenjivati se u razne svrhe, od pomaganja u kućanstvu do potrage za preživjelim osobama u ruševinama.
- Surla je iznimno spretna i osjetljiva i zato nam je ta ideja bila zanimljiva. Riječ je o velikom osjetilnom organu bez kostiju koji je vrlo svestran. Današnjoj robotici takva je razina funkcionalnosti još nedostižna - rekla je Beccai.
Iz tog je opažanja razvijen projekt PROBOSCIS, petogodišnja istraživačka inicijativa financirana sredstvima EU-a koja je okupila biologe, inženjere i znanstvenike za materijale koji rade na boljem shvaćanju mehaničkog funkcioniranja surle.
Cilj je bio napraviti korak dalje u odnosu na današnje specijalizirane hvataljke i stvoriti univerzalniju robotsku ruku koja jednako lako može dohvatiti grozd kao i podići težak predmet te se prilagoditi širokom spektru oblika i tekstura bez potrebe za većim prilagodbama hardvera.
Surle - jedinstveni organi
Današnji roboti uglavnom imaju krutu ruku s motoriziranim zglobovima i hvataljkom na kraju, što su odvojeni elementi sa specifičnim ograničenjima. Takvi roboti ne mogu izvoditi kontinuirane i fluidne pokrete da obaviju predmete rukom kao što slonovi to mogu surlom.
Surla spada u kategoriju koju biolozi nazivaju mišićnim hidrostatom, u kojoj su npr. i krakovi hobotnice i ljudski jezik. Sastoji se od više od 100 000 pojedinačnih mišića i nema kostiju, a može se istodobno produživati, uvlačiti, savijati i zakretati u bilo kojem smjeru, bez prijelaza na spoju ruke i hvataljke – kao jedna kontinuirana struktura.
Surla je također iznimno snažna i može podnijeti teret od gotovo 300 kilograma. Afrički slonovi na vrhu surle imaju još i dvije prstolike izbočine koje im pomažu pri delikatnim zadaćama.
Jednostavni pokreti za složene rezultate
Za bolje razumijevanje funkcioniranja surle tim pod vodstvom profesora Michela Milinkovitcha, evolucijskog biologa na Sveučilištu u Ženevi, poslužio se tehnikama iz filmske industrije.
Promatrali su kako slonovi u južnoafričkom rezervatu manipuliraju predmetima raznih oblika, veličina i tekstura i precizno pratili pokrete njihovih surli uz pomoć traka s reflektorima kakve se koriste pri snimanju blockbustera. Snimljeni su kamerama velike brzine, pri čemu je otkriven iznenađujuće učinkovit sustav.
- Shvatili smo da kombiniraju više različitih radnji. Neki se dijelovi skraćuju, neki izdužuju, drugi pak savijaju, a svi se ti pokreti kombiniraju kako bi se ostvario cilj - rekao je Milinkovitch.
Milinkovitcha je posebno impresionirao jedan pokret. Kad bi slonovi dohvaćali nešto iza glave (često poslasticu koju im je nudio čuvar), ne bi samo savili surlu unatrag.
Umjesto toga bi ispružili i privremeno ukrutili njezin gornji dio te stvorili dva „pseudozgloba” koji im služe poput ramena i lakta, dok bi donji segment zamahnuo unatrag da zgrabi poslasticu.
- To nam je bilo zbilja fascinantno jer nitko to dosad nije primijetio. Rade to jako brzo - rekao je Milinkovitch. Pokazalo se da surla može formirati segmente povezane zglobovima.
Tim je proveo i anatomske studije na surlama mužjaka afričkog i azijskog slona, dobivenih od uginulih životinja u zoološkim vrtovima.
3D mišići
Kako bi Milinkovitcheve nalaze primijenili u robotici, tim pod vodstvom Lucie Beccai usredotočio se na vršak surle. Upotrijebili su 3D ispis kako bi spojili senzore i umjetne mišiće, tzv. aktuatore u jedno elegantno tijelo. Te pneumatske strukture nalikuju balonima, a mogu se rastezati i stezati upuhivanjem i ispuhivanjem zraka. Varirajući njihove veličine i oblike istraživači mogu programirati konkretne pokrete u sustav.
Za izradu elastičnog robota nalik na surlu istraživači su kombinirali pneumatske aktuatore s rešetkastom strukturom koja može mijenjati oblik u više smjerova.
Uređaj se ispisuje jednim kontinuiranim postupkom iz iste meke smole, uključujući optičke senzore koji daju povratne informaciju o dodiru i savijanju vrha surle.
Bitno je da je sve od jednog materijala, rekla je Beccai i dodala:
- Naime, tako se izbjegnu mehanički spojevi među sastavnim dijelovima, što omogućuje taj kontinuitet kretanja u kombinaciji s osjetilnim povratnim informacijama.
Prototip se može izduljiti, usukati i savijati, kao i izvoditi pokrete poput štipanja, zahvaćanja i dosezanja. To je korak prema istinski univerzalnoj hvataljki koja zahvaljujući jedinstvenom prilagodljivom sustavu može rukovati širokim rasponom predmeta, od mekih i osjetljivih do teških predmeta nepravilnog oblika.
Istraživački projekt završen je u travnju 2025., a iako fleksibilna robotska ruka zasad služi samo za demonstracije u laboratoriju, tim tvrdi da je već prevladala većinu problema povezanih s dizajnom današnjih robotskih ruku.
Pažljivo upravljanje
Jedno od ključnih saznanja iz promatranja slonova bilo je kako upravljaju surlom. Surla se sastoji od tisuća mišića, ali slon nema kontrolu nad svima. Umjesto toga, pojasnila je Beccai, njihovi mozgovi kontroliraju mali broj sinergija mišića koje je otkrio Milinkovitchev tim, a koje kontroliraju radnju mišića kako bi se izveo pokret. Ostalo proizlazi iz strukture surle.
To je istraživačima dalo ideju kako da naprave fleksibilne robote koji mogu funkcionirati i izvan laboratorija: robotske sustave budućnosti treba dizajnirati na temelju sinergija, a ne pojedinačnih aktuatora.
Beccai se nada da će se time smanjiti složenost i potrebe za energijom, čime će se omogućiti napajanje uređaja baterijama i njihovo lakše uvođenje. Predviđa široku praktičnu primjenu, od berbe bobičastog voća, što je velik izazov za današnju robotiku, do kućanskih poslova kao što su razvrstavanje rublja ili rukovanje posuđem.
Takvi roboti mogu biti korisni u okolišu, uklanjati otpad i razvrstavati ga ili raditi u osjetljivim ekosustavima bez oštećivanja okolnih biljaka, tla ili morskog života. U operacijama potrage i spašavanja fleksibilna robotska ruka mogla bi se provući kroz ruševine i iskoristiti osjet dodira da pomogne pronaći ljude.
Međutim, znanstvenicu Beccai najviše motivira asistivna robotika.
- San mi je izgraditi robota za zdravstvenu skrb koji može pomagati osobama s invaliditetom, ili starijima i nemoćnima, tako da ih podigne, ali im i doda vilicu ili komad voća - rekla je Beccai.
Jedan robot, dovoljno snažan da podigne osobu, ali i dovoljno nježan za rukovanje svakodnevnim predmetima, mogao bi im omogućiti neovisniji život. Za razliku od konvencionalnih robota, zbog svoje se mekoće može doimati manje strašno.
Za Beccai cilj nikad nije bila samo bolja hvataljka. Želi stvoriti robota koji djeluje prirodno i može biti i snažan i nježan, prema potrebi.
Piše: Anthony King
Ovaj je članak izvorno objavljen u časopisu EU-a o istraživanju i inovacijama Horizon. Istraživanje u ovom članku financirano je iz EU-ova programa Obzor.
Više informacija: