คอมพิวเตอร์ยางจะกำจัดชิ้นส่วนสุดท้ายที่แข็งออกจากหุ่นยนต์ที่อ่อนนุ่ม

ในทศวรรษที่ผ่านมา ซอฟต์โรบ็อตได้ก้าวเข้าสู่โลกแห่งวิทยาการหุ่นยนต์ที่ครอบครองโลหะ กริปเปอร์ที่ทำจากวัสดุซิลิโคนที่เป็นยางถูกนำมาใช้ในสายการประกอบแล้ว: ก้ามปูกันกระแทกจับผลไม้และผักที่บอบบาง เช่น มะเขือเทศ ขึ้นฉ่ายฝรั่ง และไส้กรอก หรือดึงขวดและเสื้อกันหนาวออกจากลัง ในห้องปฏิบัติการ อุปกรณ์จับยึดสามารถจับปลาลื่น หนูที่มีชีวิต และแม้แต่แมลง ทำให้ไม่จำเป็นต้องมีปฏิสัมพันธ์กับมนุษย์มากขึ้น หุ่นยนต์แบบซอฟต์ต้องการระบบควบคุมที่ง่ายกว่าระบบแบบแข็งอยู่แล้ว กริปเปอร์เป็นไปตามข้อกำหนด จึงไม่สามารถออกแรงกดมากพอที่จะทำให้วัตถุเสียหายได้ และโดยไม่จำเป็นต้องปรับเทียบแรงกด สวิตช์เปิด-ปิดธรรมดาก็เพียงพอแล้ว แต่จนถึงตอนนี้ ซอฟต์โรบ็อตส่วนใหญ่ยังคงพึ่งพาฮาร์ดแวร์บางอย่าง: วาล์วโลหะเปิดและปิดช่องอากาศที่ควบคุมกริปเปอร์และแขนยาง และคอมพิวเตอร์จะบอกวาล์วเหล่านั้นเมื่อต้องขยับ ตอนนี้นักวิจัยได้สร้างซอฟต์คอมพิวเตอร์โดยใช้เพียงแค่ ยาง และอากาศ "เรากำลังเลียนแบบกระบวนการคิดของคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ โดยใช้วัสดุที่อ่อนนุ่มและสัญญาณนิวแมติกเท่านั้น แทนที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้วยอากาศที่มีแรงดัน" แดเนียล เจ. เพรสตัน ผู้เขียนคนแรกของบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Proceedings of the National Academy of Sciences and นักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ทำงานร่วมกับ George Whitesides, Woodford L. และศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัย Ann A. Flowers ในการตัดสินใจ คอมพิวเตอร์ใช้ดิจิตอลลอจิกเกต วงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่รับข้อความ (อินพุต) และกำหนดปฏิกิริยา (เอาต์พุต) ตามการเขียนโปรแกรม วงจรของเราไม่แตกต่างกันมากนัก เมื่อแพทย์จับเส้นเอ็นใต้กระดูกสะบ้าหัวเข่า (อินพุต) ระบบประสาทจะถูกตั้งโปรแกรมให้กระตุกขา (เอาต์พุต) ซอฟต์คอมพิวเตอร์ของเพรสตันเลียนแบบระบบนี้โดยใช้ท่อซิลิโคนและอากาศที่มีแรงดัน เพื่อให้ได้ประเภทลอจิกเกตขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับการทำงานที่ซับซ้อน ในกรณีนี้ ไม่ใช่ AND และ OR เขาจึงตั้งโปรแกรมซอฟต์วาล์วให้ตอบสนองต่อแรงดันอากาศที่แตกต่างกัน สำหรับลอจิกเกตที่ไม่ใช่ เช่น ถ้าอินพุตมีแรงดันสูง เอาต์พุตจะเป็นแรงดันต่ำ ด้วยลอจิกเกตทั้งสามนี้ Preston กล่าวว่า "คุณสามารถทำซ้ำพฤติกรรมใดๆ ที่พบในคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์เครื่องใดก็ได้" ตัวอย่างเช่น หุ่นยนต์ที่มีรูปร่างเหมือนปลาผลุบๆ โผล่ๆ ในแท้งค์น้ำ ใช้เซ็นเซอร์ความดันสิ่งแวดล้อม (ประตูที่ดัดแปลงแล้ว) เพื่อกำหนดว่าจะดำเนินการอย่างไร หุ่นยนต์ดำน้ำเมื่อวงจรตรวจจับแรงดันต่ำที่ด้านบนของถังและพื้นผิวเมื่อตรวจจับแรงดันสูงที่ความลึก หุ่นยนต์ยังสามารถแสดงคำสั่งได้หากมีคนกดปุ่มภายนอก หุ่นยนต์ที่สร้างด้วยชิ้นส่วนที่อ่อนนุ่มเท่านั้นมีประโยชน์หลายประการ ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม เช่น โรงงานผลิตรถยนต์ เครื่องจักรโลหะขนาดใหญ่ทำงานด้วยความเร็วและพลังที่มืดบอด หากมนุษย์เข้ามาขวางทาง หุ่นยนต์ที่แข็งแกร่งอาจสร้างความเสียหายที่แก้ไขไม่ได้ แต่ถ้าหุ่นยนต์ซอฟต์บอลชนเข้ากับมนุษย์ เพรสตันกล่าวว่า "คุณไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับการบาดเจ็บหรือความล้มเหลวครั้งใหญ่" พวกเขาสามารถออกแรงได้มากเท่านั้น แต่ซอฟต์โรบ็อตมีมากกว่าแค่ความปลอดภัย: โดยทั่วไปราคาถูกกว่าและผลิตง่ายกว่า น้ำหนักเบา ทนทานต่อความเสียหายและวัสดุที่กัดกร่อน และทนทาน เพิ่มความฉลาดและซอฟต์โรบ็อตสามารถใช้ได้มากกว่าการจัดการมะเขือเทศ ตัวอย่างเช่น หุ่นยนต์สามารถรับรู้อุณหภูมิของผู้ใช้และบีบเบาๆ เพื่อบ่งชี้ว่ามีไข้ แจ้งเตือนนักประดาน้ำเมื่อแรงดันน้ำเพิ่มสูงเกินไป หรือผลักดันเศษซากหลังจากภัยพิบัติทางธรรมชาติเพื่อช่วยค้นหาผู้ประสบภัยและให้ความช่วยเหลือ ซอฟต์โรบ็อตยังสามารถผจญภัยในสภาวะที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต้องดิ้นรน: สนามการแผ่รังสีสูง เช่น ที่เกิดขึ้นหลังจากนิวเคลียร์ทำงานผิดปกติหรือในอวกาศ และภายในเครื่องสร้างภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI) หลังจากเกิดพายุเฮอริเคนหรือน้ำท่วม หุ่นยนต์เนื้ออ่อนที่แข็งแกร่งสามารถจัดการภูมิประเทศที่อันตรายและอากาศเป็นพิษได้ “ถ้ามันถูกรถทับ มันก็วิ่งต่อไป ซึ่งเป็นสิ่งที่เราไม่มีในหุ่นยนต์หนักๆ” เพรสตันกล่าว Preston และเพื่อนร่วมงานไม่ใช่คนแรกที่ควบคุมหุ่นยนต์โดยไม่ใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ทีมวิจัยอื่นๆ ได้ออกแบบวงจรไมโครฟลูอิดิก ซึ่งสามารถใช้ของเหลวและอากาศเพื่อสร้างลอจิกเกตแบบไม่ใช้อิเล็กทรอนิกส์ ไมโครฟลูอิดิกออสซิลเลเตอร์หนึ่งตัวช่วยให้หุ่นยนต์รูปปลาหมึกยักษ์สะบัดแขนทั้งแปดได้ อย่างไรก็ตาม วงจรไมโครฟลูอิดิกลอจิกมักใช้วัสดุแข็ง เช่น แก้วหรือพลาสติกแข็ง และใช้ช่องแคบๆ ที่อากาศจำนวนน้อยสามารถเคลื่อนผ่านได้ในแต่ละครั้ง ทำให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ช้าลง เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว ช่องของ Preston นั้นใหญ่กว่า -- เส้นผ่านศูนย์กลางเกือบหนึ่งมิลลิเมตร -- ซึ่งทำให้อัตราการไหลของอากาศเร็วขึ้นมาก อุปกรณ์จับยึดแบบใช้ลมของเขาสามารถจับวัตถุได้ในเวลาไม่กี่วินาที วงจรไมโครฟลูอิดิกยังประหยัดพลังงานอีกด้วย แม้ในขณะพัก อุปกรณ์จะใช้ตัวต้านทานแบบนิวแมติก ซึ่งไหลอากาศจากชั้นบรรยากาศไปยังแหล่งสุญญากาศหรือแรงดันเพื่อรักษาสภาวะหยุดนิ่ง วงจรของเพรสตันไม่ต้องการพลังงานเข้าเมื่ออยู่เฉยๆ การอนุรักษ์พลังงานดังกล่าวอาจมีความสำคัญในสถานการณ์ฉุกเฉินหรือภัยพิบัติที่หุ่นยนต์เดินทางไกลจากแหล่งพลังงานที่เชื่อถือได้ หุ่นยนต์ยางยังมีความเป็นไปได้ที่น่าดึงดูด: การล่องหน เขาสามารถออกแบบหุ่นยนต์ที่ตรงกับดัชนีของสารเฉพาะได้ ขึ้นอยู่กับวัสดุชนิดใดที่เพรสตันเลือก ดังนั้น หากเขาเลือกวัสดุที่พรางตัวในน้ำ หุ่นยนต์ก็จะดูเหมือนโปร่งใสเมื่อจมอยู่ใต้น้ำ ในอนาคต เขาและเพื่อนร่วมงานหวังว่าจะสร้างหุ่นยนต์อัตโนมัติที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่าหรือแม้แต่การตรวจจับด้วยโซนาร์ "มันเป็นเรื่องของการเลือกวัสดุที่เหมาะสม" เขากล่าว สำหรับ Preston วัสดุที่เหมาะสมคืออีลาสโตเมอร์ (หรือยาง) ในขณะที่สาขาอื่นๆ ไล่ตามพลังงานที่สูงกว่าด้วยแมชชีนเลิร์นนิงและปัญญาประดิษฐ์ ทีมงาน Whitesides ก็หลีกหนีจากความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้น "มีความสามารถมากมายที่นั่น" เพรสตันกล่าว "แต่ก็ยังดีที่จะถอยกลับไปคิดดูว่ามีวิธีที่ง่ายกว่าในการทำสิ่งต่าง ๆ ที่ให้ผลลัพธ์เหมือนกันหรือไม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากไม่เพียงแค่ง่ายกว่าเท่านั้น มันยัง ถูกกว่าด้วย"