Kalifornská firma 1X z Palo Alta ukázala nové ruce pro svého robota NEO. Mají 25 stupňů volnosti, pohání je šlachy podobně jako u člověka a podle výrobce se blíží lidské zručnosti, síle i spolehlivosti. Cílem bylo dát robotovi končetinu, která nejen uchopí předmět, ale zároveň o něm sbírá informace. NEO teď zvládne skoro cokoli, co člověk dělá rukama.
Do této chvíle narážely humanoidní stroje na jednu tvrdou realitu. Nešlo o software ani o kamery. Problém byl na konci paže. Běžný dvouprstý manipulátor umí tři věci: zvednout, položit, zatlačit. A všechno, co s ním kdokoli naprogramuje, je jen skládání těchhle tří pohybů dokola. 1X tvrdí, že tohle omezení právě odstranila.
Prsty, které se ptají a hned dostávají odpověď
Vezměte do ruky neznámý předmět. Zmáčknete ho, abyste zjistili, jak je tvrdý. Přejedete prstem po povrchu, potěžkáte ho, obkroužíte tvar. Málokdy se přitom na věc díváte. Přesně tenhle princip chtěli inženýři z 1X přenést do stroje. Dotyk podle nich není pasivní kanál jako záběr z kamery. Je to pokus. Ruka položí otázku silou a přes stejné klouby si přečte odpověď.
Většina robotických rukou tohle nedokáže. Fungují jen jedním směrem. Zadáte pozici, ruka tam dojede, a zpátky nepřijde nic užitečného. Na vině bývá převodovka. Při běžných převodech v poměru 100:1 nebo 200:1 spolkne tření dotykové síly dřív, než se vůbec dostanou k motoru. Robot je tak přes vlastní klouby necitlivý a firmy ho obalují externími čidly.
Ruka NEO to řeší jinak. Jede na šlachovém pohonu s velmi nízkými převody zhruba 5:1 až 15:1. Všech 25 stupňů volnosti (22 v prstech a dlani, další tři v zápěstí) je řízeno silově a klouby lze protlačit i zvenčí. Když na prst zatlačíte, povolí a zároveň nahlásí, jak silně jste tlačili. Síla míří ven, informace se vrací zpět stejnou cestou. Firma tomu říká silová průhlednost a právě ona mění obyčejné strčení na měření.
K tomu běží ještě jeden tichý smysl. Ruka pořád ví, v jaké je poloze, aniž by se musela dívat. Podobně jako vy dokážete se zavřenýma očima spojit konečky prstů.
Schopnosti rukou NEO
Výčet dovedností je dlouhý a docela konkrétní. NEO poskládá stavbu z LEGA, vybere z peněženky jednotlivé šroubky i mince, zašroubuje a vymění žárovku, použije šroubovák, otočí předmět přímo v dlani. Zapne zip u bundy, roztřídí hrozny podle barvy, naleje čaj z konvice, chytí měkký míček, zapojí nabíječku USB-C, uchopí sklenici na víno, utře plochu papírovou utěrkou se sprejem. A umí se dorozumět znakovým jazykem.
Zručnost je jedna věc, síla druhá. Špičkový moment dosahuje 3,5 Nm u palce a 2,6 Nm u kloubů prstů, ohybová síla na koncích prstů jde až na 45 N. Zápěstí dá zabrat momentem 17,75 Nm. Ruka tak zvládne pevný stisk celou dlaní, práci s nářadím, zvedání a nošení, otevírání dveří i tlačení naloženého vozíku. Přitom si drží přesnost polohování na dvě desetiny milimetru, což je právě ta oblast drobných předmětů, kde se odehrává většina lidské práce.
Umělá kůže je jako lidská
Poslední půlmilimetr obstarává umělá kůže. Ta pokrývá konečky prstů i další plochy a snímá kolmou sílu, místo dotyku i smyk. Díky tomu NEO pozná, když mu předmět začíná vyklouzávat, a stihne zareagovat v reálném čase. Firma ukazuje záběry, kde ruka jemně drží křehké origami, aniž by ho poškodila, nebo mapy tlaku při podání ruky.
Kůže je navržená společně se snímači uvnitř a se šlachami za ní. Pro spoustu úloh totiž samotné vidění nestačí, hlavně u malých, průhledných, měkkých nebo zakrytých předmětů. Právě tady je zpětná vazba z dotyku rozhodující.
Postavené na to, aby vydržely
Ruka, která se učí tím, že se všeho dotýká, musí taky hodně vydržet. 1X proto počítala se spolehlivostí od začátku, od vedení šlach přes ložiska až po elektroniku. Celé prsty i pohonné jednotky prošly miliony testovacích cyklů, motory zkoušeli v extrémních teplotách a klouby zápěstí odolaly víc než dvěma milionům cyklů pod vysokým zatížením.
Celá ruka je utěsněná podle normy IP68 a z materiálů vhodných pro styk s potravinami. NEO si tak může umýt ruce pod tekoucí vodou úplně jako člověk. Nízké převody spolu se šlachovým pohonem navíc dovolují, aby vnější náraz prsty bezpečně protlačil. Zpomalené záběry ukazují, jak ruka povolí, když do ní někdo praští kladivem, když ji sevře zavírající se šuplík nebo když narazí do polystyrenu. Stroj, který poznává svět dotykem, musí být jemný už ze své podstaty. Ten svět je totiž plný lidí.
Síla z předloktí
Motory nesedí v dlani, ale v předloktí, tedy tam, kde má většinu úchopové síly i člověk. Přes zápěstí pak táhnou šlachy až do prstů. Díky tomu je samotná ruka lehká, a přesto vyvine velké síly a běží dost chladně na nepřetržitý provoz.
1X si navrhla a vyrábí prakticky všechno ve své výrobě. Motory, elektroniku, čidla, šlachy, převody i firmware. Tahle hluboká provázanost umožňuje rychlé úpravy a postupné zlepšování, kterého se skládáním hotových dílů od různých dodavatelů dosáhnout nedá.
Jedno číslo firma označuje za strategicky nejdůležitější. Stovky těchto rukou už vyjely z výrobní linky a 1X má letos kapacitu vyrobit jich deset tisíc. Každý kus staví od začátku do konce sami, od materiálu na šlachy přes vlastní motory až po měkké polymery, kůži a vrstvu dotykových čidel.
Experti z 1X ruku stavěli tak, aby se vyrovnala člověku v každém ohledu, na kterém záleží, a aby dělala běžné každodenní úkony. Robot podle nich právě překročil hranici, na kterou celý obor dlouho čekal.
