Az elmúlt években látványosan sokasodó puha robotok kemény és rugalmasnak egyáltalán nem nevezhető fémek, kerámiák vagy masszív műanyag helyett puha, flexibilis, akár tevékenység közben is változó anyagokból, például elasztikus polimerekből (elasztomerekből), alakjukra emlékező és azokat megváltoztató polimerekből, ötvözetekből stb. épített gépek. A terület a robotika egyik legizgalmasabb és leginnovatívabb ága, jelentősége a mind gyakoribb, közvetlen fizikai érintkezéssel járó ember-gép együttműködés miatt állandóan nő.
A fizikailag rugalmas robottest, a gép puhasága gyakran csak egy-egy alkatrészére érvényes, például kemény robotikus karok végére szabálytalan formájú, érintésre érzékeny, esetleg törésre hajlamos tárgyak kockázatmentes megfogására alkalmas részt szerelnek, de még a hagyományos fémszerkezetekben is találhatók puha alkatrészek.
Biomimikri, avagy a természet utánzása
A néhány éve érvényben lévő trend alapján, egyre több robot általában vagy – az elektronika kivételével – teljes egészében puha anyagokból készül. Óriási potenciál rejlik bennük: nemcsak az emberrel kommunikálnak biztonságosabban, hanem az emberi szervezetbe juttatásuk sem veszélyes, ráadásul keménytestű „kollégáikkal” ellentétben, nehezen megközelíthető, veszélyes terepeken is könnyen alkalmazhatók.
Az infokommunikációs technológiák jó részéhez hasonlóan, tervezésüknél a természet az elsődleges inspiráló forrás. Mivel az állatok teste főként puha anyagokból áll, és „puhaságukat” összetett környezetekben hasznosítják, egyértelműen mintaként szolgálnak. Több puha robot ezért hasonlít annyira rájuk, például az intelligenciája kapcsán sokat emlegetett polipra. Vezérlésük, ellenőrzésük azonban pont az előnyös tulajdonságaik, rugalmasságuk és alkalmazkodóképességük miatt nehéz. A kemény robotok működtetéséhez alkalmas matematikai szabályok zöme nem működik a puhák esetében. Automatizált tervezőeszközökkel, köztük – a szintén a biológia által inspirált – evolúciós algoritmusokkal alakítják ki, és optimalizálják feladatokra őket.
Az állatvilág mellett növények is megihletik a puha robotok fejlesztőit. Növényi sejtek hidrosztatikus nyomásának, a nyomás módosulásának hatására megváltozhat az adott növény alakja és mérete. A növényi sejtek a környezet nedvességtartalmára is reagálnak. Ezek a változást előidéző adottságok ideálisak puha robotok esetében, például speciális nyomásalapú rendszereket dolgoznak ki számukra, nyomásra az óhajtott módon reagáló anyagokból, hagyományos gyártás helyett egyre többször 3D nyomtatással hozzák létre őket.
Egy fontos szempontból azonban különböznek a természetes mintáktól. Az organikus idegszövetek puhák, számítási kapacitásaik pedig egészen elképesztőek. A számítási műveleteket végző mai elektronikus eszközök, még ha egészen kicsik, nanométer léptékűek is, kemény és merev anyagokból készülnek, és mindaddig, amíg a puha és rugalmas matériák nem terjednek el a mikroelektronikában, aktuátoraik mozgatásához merev mikroprocesszorokat fognak használni.
Előnyök és hátrányok
Itt jönnek képbe a „puha-kemény”, hibrid robotok. Azért hibridek, mert ugyan puha szerkezetek, autonóm működésükhöz viszont merev segédfelszereléseket kell viselniük. Vezérlésük könnyebb, viselkedésük kiszámíthatóbb, mint a (majdnem) színtiszta puha daraboké, így valódi, fizikai környezetekben is képesek feladatokat végrehajtani. A két rész koordinált irányításával olyan tevékenységek valósíthatók meg, amelyekre külön-külön egyáltalán nem nyílik lehetőség.
A szenzorok merev és puha robotoknál egyaránt kulcsfontosságúak. Az utóbbiaknál könnyebben integrálhatók a rendszerbe, és természetesen minél puhább egy érzékelő, annál jobban illik hozzájuk. A puha szenzorok jól mérik a robot térbeli helyzetére és állapotára vonatkozó tulajdonságok mutatóit: nyúlást, hajlítást, nyomást és más erőkifejtést stb. Az információkat a vezérlőrendszer dolgozza fel, fejlett robotok esetében, azoknak megfelelően optimalizálja a gép teljesítményét.
A klasszikus robotokkal összehasonlítva, a puha változat ideális esetben komplexebb mozgásokra képes, jobban elkerüli az ütközéseket, tűri az ütéseket, megelőzi a károkat. Könnyebb, rugalmasabb, alakja eredményesebben alkalmazkodik a környezethez, multifunkcionális, kompatibilisebb az emberrel folytatott interakciókhoz, és olcsóbb anyagokból készül, tehát költséghatékonyabb a gyártás. Hátránya a nehezebb vezérlés, gyengébb és pontatlanabb, míg a hardver a rendszerbe fizikailag nem integrált egyes elemei miatt korlátozott az autonómiája, és az elektronika sem felel meg a puha robotika minden elvárásának.
Alkalmazási területek
A problémák ellenére, már ma is sok területen alkalmazzák ezeket a gépeket. Alakváltó tulajdonságaik miatt például komoly segítséget jelentenek sebészi beavatkozásoknál, változatos gyógyszereket stb. juttatnak be az emberi szervezetbe. A súlyos betegségek, műtétek utáni felépülési folyamatban, exoskeleton-szerű, de a megszokottól eltérő, rugalmas darabok formájában idős személyek mellett segédkeznek, vagy hozzájárulnak ahhoz, hogy lábadozásunkkor egyre erősebbnek érezzük magunkat.
Az ember-robot együttműködésben szintén fordulatot jelentenek: míg a hagyományos robotok biztonsági okokból a munkásoktól elszigetelve dolgoznak, addig a puhák még akkor sem jelentenek komoly balesetveszélyt, ha nekimennek a humán munkaerőnek/partnernek, mert anyaguk (lágysága) minimalizálja a potenciális sebesülés mértékét.
Az óceán mélye és a világűr kutatásában szintén fontos szerephez juthatnak, 2021-ben például egy puha robotról kiderült, hogy bolygónk legmélyebb pontján, a Mariana-árokban is működőképes. Mivel jól álcázhatók, „bújtathatók” felderítő tevékenységben, vadon élő állatok között végzett ökológiai kutatásokban is alkalmazhatók.
A lehetőségek és az alkalmazási területek száma folyamatosan nő.
