Д-р Дейвид Зарук, директор на лабораторията за биоинспирирана и медицинска роботика – Серия интервюта

Дейвид е старши преподавател (асистент) в отдела по медицина на университета Бен Гурион в Негев и директор на Лаборатория за биоинспирирана и медицинска роботика. Неговите интереси са интересите са в областта на биомиметиката, милисистемите, миниатюрната роботика, гъвкавите и хлъзгави взаимодействия, космическата роботика, недостатъчно задействаните и минимално задействаните механизми и теоретичната кинематика.

Какво те привлече първоначално в областта на роботиката?

От детството си винаги съм бил очарован от машините. Винаги съм се опитвал да ги създавам и в крайна сметка, след като завърших бакалавърска степен по машинно инженерство, бях развълнуван да мога да се съсредоточа върху разработването на роботи в университета Бен-Гурион в Негев, които могат да пълзят в тялото.

 

Имате докторска степен в медицинската роботика. Кои са някои от видовете медицински роботизирани приложения, които ви вълнуват най-много?

Всяко приложение, което включва прецизност, която може да бъде програмирана, е възможен кандидат за роботизирано решение. Два робота, върху които работих в миналото, включват тези, които пълзят в тялото и извършват мозъчни операции с помощта на игли.

 

Един робот, който създадохте, се нарича The Flying Star, който е хибрид на пълзящ и летящ робот. Какво беше вдъхновението зад този робот?

Механизмът за разпръскване на роботите STAR е вдъхновен от насекоми, но включва колела, които комбинират предимствата на био-вдъхновени същества и колесни превозни средства.

Какви бяха някои от предизвикателствата зад изграждането на The Flying Star?

Flying STAR не е обикновен квадрокоптер, тъй като променя ориентацията на крилата си, което влияе върху общата му динамика на управление. Различните променливи на дизайна бяха предизвикателство в началото и преходът между режимите на летене и шофиране изискваше уникални части, които трябваше да разработим сами.

 

Бях впечатлен от това колко гъвкав е The Flying Star, той може буквално да избягва препятствията, да пълзи под тях, да лети над тях и т.н. Можете ли да обсъдите как The Flying Star взема решение кой вид транспорт да използва? Как избира дали да пълзи под обект или да лети отгоре?

Flying STAR първоначално е проектиран за целите на търсене и спасяване и за доставка на пакети на последната миля. Ние разработваме алгоритми, за да определим как кога да летим или да шофираме въз основа на разстояния и енергийни изисквания, но също и на формата на препятствието. Алгоритъмът за вземане на решение, който все още се разработва, ще се основава на картографиране на камерата на околността. Ако отворът е достатъчно висок, за да пропълзи под него, FSTAR лесно ще премине през него. В противен случай ще лети. Все още може да е необходим човешки оператор в трудни затворени пространства (като развалини).

 

Първото ми впечатление, когато видях видеоклипа за минимално задействания реконфигурируем непрекъснат следов робот, е, че с камера на кормилото би бил идеален за търсене и спасяване. Какви са случаите на използване, които предвиждате за такъв робот?

Реконфигурируемият робот с непрекъсната следа е разработен предимно за целите на търсене и спасяване в труден терен, като например развалини. Но може да се използва и за други приложения, като изкопни работи, селско стопанство и пълзене в тръби за промишлена поддръжка.

Един от вашите предишни проекти е SAW, минимално задействан реконфигурируем робот с непрекъсната писта. Какво беше вдъхновението зад този робот?

Роботът SAW (единична задвижваща вълна) първоначално е вдъхновен от миниатюрен биологичен организъм, който плува чрез вълнообразни опашки. Създаването на този робот беше много предизвикателство. Въпреки че уравненията показват, че е необходим един-единствен двигател, за да се развие вълновото движение, механичното реализиране на това движение не е лесно. Намерих решението, когато преподавах курса Механичен дизайн и осъзнах, че страничната проекция на пружина е синусова функция, която напредва, когато пружината се завърти

Колко малък в крайна сметка бихте могли да направите SAW? Възможно ли е в бъдеще да имаме робот с подобен размер, който да може да се използва за пътуване в човешкото тяло?

Основната цел на робота SAW е да пълзи в тялото. Най-новият ни дизайн е по-малък от 1.5 cm широк и е в състояние да пълзи в червата на прасето (ex vivo). В момента търсим финансиране за разработване на по-малки роботи, които да пълзят в храносмилателната система. Вярваме, че това е много възможно.

 

Едно от наблюденията, които направих от вашите роботи е, че много от тях се основават на простота. Умишлено ли се опитвате да бъдете минималисти, когато става въпрос за броя на работещите компоненти във всеки робот?

Ние следваме логиката на простотата. Една поговорка, приписвана на Алберт Айнщайн, гласи: „Всичко трябва да е възможно най-просто, но не по-просто“. По-малкият брой компоненти означава по-добра надеждност, по-дълъг експлоатационен живот, по-висока плътност на мощността и прави много по-лесно намаляването на размера на роботите.

 

Върху какво работиш в момента?

В моята лаборатория на университета Бен-Гурион в момента работим върху множество проекти, които включват моделиране на робот, който може да пълзи в тялото, серийни роботи за селскостопански приложения и някои малки роботи за търсене и спасяване.

 

Нещо друго, което бихте искали да споделите с нашите читатели?

Силно насърчавам родителите и децата да се занимават с мехатроника/роботика. С днешната технология е възможно да се купуват удобни за потребителя компоненти (3D принтери, контролери Arduino, двигатели, сензори и т.н.) на ниска цена и да се програмират с наличните домашни ресурси. Това може да бъде забавно занимание за цялото семейство (особено в този период от време, когато сме предимно у дома). Също така насърчавам децата да се занимават с наука и да използват компютри за образователни цели (не само игри).

Благодаря ви за интервюто. Наистина ми е приятно да науча за вашия уникален подход към проектирането на наистина иновативна роботика. Читателите, които искат да научат повече, трябва да посетят Лаборатория за биоинспирирана и медицинска роботика.