Dragan KOSOVAC

1. april 2021.

Istorija razvoja robota je priča o fokusiranoj specijalizaciji i kompromisima. Bez obzira na to koji je nivo tehnologije (ili budžet) kojom konstruktori robota raspolažu, uvek je od presudnog značaja imati u vidu šta je primarna namena uređaja koji se konstruiše. Naravno, što je opseg funkcija koje neki robot mora da obavi veći, to je njegova specijalizacija manja, a što znači da konstrukcija ne može da bude ni jednostavna, ni povoljna. Ipak, postojanje ovih „pravila” ne sprečava naučnike iz oblasti robotike da neprestano tragaju za načinima da unaprede funkcionalnost svojih kreacija, a da njihova kompleksnost i cena ne odlete nebu pod oblake. Inspiracija za neke od tih načina često se pronalazi, kao i mnoge druge ideje, u prirodi

Rak samac

Rakovi samci su mekušci koji broje više od 1100 životinjskih vrsta. Stvorenja ovog tipa najčešće žive u morima i to tako što na leđima nose tuđe kućice. Naime, ova vrsta raka ima (tradicionalno) oklopljenu glavu, noge i klešta, ali njihov stomak je mekan i rakovi traže prazne školjke ili kućice puževa u kojima će ga sakriti. Pored toga što se kriju u tuđim školjkama, rakovi samci često stupaju u simbiotski (međusobno koristan) odnos sa anemonama (morskim sasama). Sa jedne strane, anemona zahvaljujući raku ima lakši pristup hrani, a sa druge, rak je zahvaljujući anemoni zaštićeniji, što kamuflažom, što anemoninim pipcima punim žarnih ćelija. Tako, rakova kućica opremljena anemonama postaje nezamenjiva alatka u životu ovog mekušca.

Posmatran iz ugla konstruktora robota, rak samac predstavlja interesantan koncept. Sam rak čini tek delić ukupne mase i zapremine kompletnog funkcionalnog organizma, ali je u potpunosti odgovoran za sve aspekte njegovog kretanja, od izbegavanja protivnika i lova na plen, do samog pokretanja snagom mišića. Pored toga, pomenute anemone znatno podižu kompleksnost simbiotskog organizma, ali i dodaju funkcionalnost.

Modularnost u robotici nije nov koncept. Spajanje ili povezivanje manjih, jednostavnijih robota u veće celine sa širim spektrom mogućnosti, već neko vreme daje veoma zanimljiva rešenja (SK 6/2020). Ideja razvojnog tima Tangible Media Group, pri robotskom odeljenju Univerziteta MIT, jeste da stvore širok spektar modularnih robota, upravo po ugledu na rakove samce.

HERMITS

Projekat stvaranja robota po uzoru na rakove samce podrazumeva konstrukciju malih robota koji će biti odgovorni za pogonsku snagu, ali i za obavljanje osnovnih logičkih operacija, neophodnih za funkcionisanje sistema. Druga komponenta su specijalne mehaničke školjke u koje robot može da uđe i koristi ih kao svoj sastavni deo, a sa promenom tipa same školjke koju je robot „obukao”, menjaju se mogućnosti i funkcija celog uređaja. Pošto se na engleskom rak samac kaže hermit crab, neki veseljak sa MIT-a je za ovaj sistem osmislio skraćenicu HERMITS - Highly Extendable Robotic Modular Interactive Toio Shells (Visoko proširiv modularni sistem interaktivnih školjki za Toio robote).

Ovo je dobar trenutak da se osvrnemo na to šta je Sony Toio. Radi se o specifičnoj edukativnoj igračkoj konzoli, koja je povezana sa dva mala robota (dimenzija 32×32×19,2 milimetra). Roboti mogu da se kreću na osnovu infracrvenih signala koje im šalje kontrolna konzola, idealno, po specijalnoj podlozi koja olakšava kretanje. Sony je razvio Toio u saradnji sa kompanijama Lego i Bandai, pa su ovi roboti kompatibilni za povezivanje sa Lego kockama, dok Bandai pomaže na razvoju softvera za konzolu. Osnovna karakteristika sistema je to da korisnici mogu da ga modifikuju i prilagođavaju svojim potrebama. Ipak, najbitnije, Sony je, na sreću ljubitelja robotike, otišao korak dalje. Od sredine 2019. godine, ova platforma je u potpunosti open source, sa besplatnim repozitorijumom softvera na GitHubu. Sem toga, od jeseni prošle godine kompanije Sony i Morikatron objavile su besplatan Unity SDK (software development kit) za Toio sistem, čime je perspektivnim robotičarima i softverskim inženjerima dat dodatan stepen slobode pri daljem razvoju potencijala koji leži u sistemu Toio.

Mehanička školjka

Stručnjak za robotiku sa Univerziteta MIT, Ken Nakagaki, napravio je malu, ali značajnu modifikaciju Toio robota. Na njegovu gornju stranu dodat je klip koji može da se uvlači i izvlači iz tela robota zahvaljujući vlastitom, malom servo motoru. Ovaj dodatak je značajan, jer taj klip sada omogućava Toio robotima da se lako, brzo i najbitnije - bez ičije pomoći - povezuju sa specijalnim školjkama specifične namene. Dovoljno je da se robot doveze unutar odgovarajućeg otvora unutar školjke i podigne klip, slično onome što rak samac radi kada menja školjke koje pronalazi na morskom dnu. U slučaju raka samca, menjanje kućice je diktirano rastom organizma kome je potreban veći životni prostor. Kod robota Toio, sa druge strane, menjanje školjki efektivno postaje ekvivalentno neprestanom transformisanju u kompleksnijeg robota koji je u stanju da koristi veći broj specijalizovanih alatki.

Genijalna ideja iza ovih „alat-školjki” je u tome da se ne radi o dodatnim robotizovanim delovima, nego o mehaničkim dodacima koji su samostalno pasivni i funkcionalnost stiču tek kada se povežu sa robotom. Školjke nemaju motore ili elektroniku sa kojom treba ostvariti interfejs, već je za uspešno funkcionisanje celine dovoljno mehaničko povezivanje i snaga motora u Toio robotu. Veliki broj planova za konstrukciju školjki besplatno je dostupan na internetu, tako da bilo koji vlasnik Toio robota može sam da ih pravi pomoću 3D štampača. Štaviše, sistem HERMITS osmišljen je kao potpuno skalabilan i ako dizajn određene školjke funkcioniše sa jednim Toio robotom, korisnika ništa ne sprečava da ošampa varijantu školjke koja može da se poveže sa dva ili više malih robota, a što za rezultat ima uređaj veće snage, jer se koriste motori svih povezanih robota. Najbitnija u celoj stvari ostaje univerzalna funkcionalnost robota. Toio je i dalje mali, jednostavan i povoljan uređaj generalizovane namene, čija funkcionalnost može neprestano da se menja i proširuje, a ne skup, specijalizovani robot koji dobro obavlja mali broj funkcija, ali ne može da se koristi ni za šta drugo.

Alat

Dizajn školjki sistema HERMITS i njihova namena efektivno je ograničena idejama, maštom i potrebama korisnika. U zavisnosti od sistema zupčanika za prenos mehaničke energije Toio robota, moguće je stvaranje različitih robota, od pokretnih uređaja sa hvataljkama, mini-liftova za manipulaciju drugim Toio modulima, upravljačkih palica sa force feedbackom, tastera ili klizača za aktiviranje drugih uređaja, pa i modula koji olakšavaju komunikaciju većeg broja Toio robota. Dok je pri razvoju sistema HERMITS naglasak na relativnoj jednostavnosti i mehaničkoj prirodi školjki, korisnike niko ne sprečava da se upuste u razvoj kompleksnijih dodataka sa vlastitom elektronikom.

Funkcionalnost školjke uvek je na prvom mestu, bez obzira na to da li se radi o kompleksnom ili jednostavnom dodatku. Ken Nakagaki demonstrirao je nekoliko školjki koje pretvaraju Toio robote u male hodalice. Neke mogu da budu sa minimalnim brojem nogu (samo šest) i relativno nepreciznim sistemom za upravljanje, dok druge mogu da budu ultrakompleksni sistemi. Ken je, tako, konstruisao i školjku koja nosi čak dvanaest nogu (i desetine pomoćnih krakova), a inspirisana je slavnim strandbeast dizajnom holandskog umetnika Tea Džensena. Ta školjka zahteva da je pokreću dva Toio robota, ali se ta potreba za malo većom snagom i kompleksnost konstrukcije „isplate”, jer je kretanje strandbeast-hodalice veoma glatko.

Komponente

Kompletan sistem HERMITS oslanja se na četiri glavne komponente. Prve dve su, naravno, sami Toio roboti i njihove mehaničke školjke sa silnim dodacima. Treća komponenta je osnova sistema za kontrolu interaktivnosti robota i školjki. Za direktnu kontrolu robota zaduženi su Raspberry Pi mikro-kontroleri koji se umrežavaju preko Bluetooth veze i mogu da upravljaju sa do pet Toio robota. Poslednja, četvrta komponenta sistema HERMITS je desktop ili laptop računar zadužen za upravljanje sa RPi mikrokontrolerima i sinhronizaciju rada svih robota u sistemu, u skladu sa željama i potrebama korisnika.

Razvojni tim na MIT-u je do sada uspeo da poveže do 70 Toio robota pomoću mreže od 14 Raspberry Pi mikrokontrolera, čime je demonstrirano da skalabilnost sistema ne predstavlja barijeru. Već sada, mini-armija ovih robota može da se koristi za stvaranje futurističkog radnog ili životnog okruženja u kom mali pomagači menjaju okolinu korisnika u skladu sa njihovim željama, potrebama ili specifičnostima radnih zadataka.

U doglednoj budućnosti, ovakav sistem može da preraste u nešto što predstavlja san svakog ljubitelja robotike. Polazna tačka je veliki broj jednostavnih robotića kojima korisnik upravlja preko centralizovanog sistema. Ti roboti mogu da se povezuju sa manje ili više kompleksnim školjkama (samostalno ili u grupama) i obavljaju kako jednostavne i opšte, tako i napredne, specijalizovane funkcije. Kada se dođe do situacije u kojoj postojeće konfiguracije robota i školjki nisu u stanju da obave specifičan zadatak, na scenu stupa sistem za brzo stvaranje prototipa koji je u stanju da pomoću 3D štampača napravi nove školjke za potrebe tog, „privremeno nerešivog” zadataka. Ovakav sistem koji se prilagođava zadacima istovremeno je primamljiv za olakšavanje poslova ljudskim korisnicima, ali predstavlja i elegantno rešenje u automatizovanim istraživačkim misijama (u prostranstvima svemira, recimo) gde naučni timovi ne bi morali da stvaraju skupe i specijalizovane robote, već je dovoljno poslati roj malih robota sa sistemom za stvaranje alat-školjki.

Osnovni Toio sistem sa dva robota i upravljačkom konzolom trenutno se prodaje za oko 270 dolara, a ako imate 3D štampač i želju da eksperimentišete sa sistemom HERMITS, onda vam samo nedostaju konstruktorska rešenja i softver koji mogu da se preuzmu sa interneta. Sa druge strane, rešenja koja će korisnici ovog open source sistema razviti tokom meseci i godina koje su pred nama, bude maštu šta će biti moguće sa sledećim generacijama ovakvog tipa sistema, čija osnova će biti roboti koji neće biti igračke, a za pravljenje školjki će se koristiti brži i kvalitetniji 3D štampači.