Dr. David Zarrouk, direktør for Bioinspired and Medical Robotics Laboratory – Intervjuserie

David er seniorlektor (adjunkt) ved ME-avdelingen ved Ben Gurion University of the Negev, og direktør for Bioinspirert og medisinsk robotikklaboratorium. Interessene hans er innen biomimetikk, millisystemer, miniatyrrobotikk, fleksible og glatte interaksjoner, romrobotikk, underaktiverte og minimalt aktiverte mekanismer og teoretisk kinematikk.

Hva er det som i utgangspunktet tiltrakk deg til feltet robotikk?

Siden min barndom har jeg alltid vært fascinert av maskiner. Jeg har alltid prøvd å bygge dem, og etter endt utdanning med min BSc i maskinteknikk, har jeg vært begeistret for å kunne fokusere på å utvikle roboter ved Ben-Gurion University of the Negev som kan krype inn i kroppen.

Du har Ph.D. innen medisinsk robotikk. Hva er noen av typene medisinske robotapplikasjoner som gjør deg mest begeistret?

Enhver applikasjon som involverer presisjon som kan programmeres er en mulig kandidat for en robotløsning. To roboter jeg jobbet med tidligere involverte de som kryper inn i kroppen og utførte hjerneoperasjoner med nåler.

En robot du har laget heter The Flying Star som er en hybrid Crawling and Flying Robot. Hva var inspirasjonen bak denne roboten?

Sprawlmekanismen til STAR-robotene er inspirert av insekter, men inkluderer hjul som kombinerer fordelene med bioinspirerte skapninger og kjøretøy med hjul.

Hva var noen av utfordringene bak å bygge The Flying Star?

Flying STAR er ikke en vanlig quadcopter da den endrer retningen på vingene, noe som påvirker den generelle kontrolldynamikken. De forskjellige designvariablene var utfordrende i begynnelsen, og overgangen mellom å fly til kjøremodus krevde unike deler som vi måtte utvikle selv.

Jeg var imponert over hvor allsidig The Flying Star er, den kan bokstavelig talt unngå hindringer, krype under dem, fly over dem osv. Kan du diskutere hvordan The Flying Star tar avgjørelsen om hvilken transportmåte som skal brukes? Hvordan velger den om den skal krype under en gjenstand eller fly over toppen?

Den flygende STAR er i utgangspunktet designet for søk og redningsformål og for levering av pakker på siste mil. Vi utvikler algoritmer for å bestemme hvordan når vi skal fly eller kjøre basert på avstander og energibehov, men også på formen på hindringen. Beslutningsalgoritmen, som fortsatt er under utvikling, vil være basert på kamerakartlegging av omgivelsene. Hvis en åpning er høy nok til å krype under den, vil FSTAR enkelt kjøre gjennom den. Ellers vil den fly. En menneskelig operatør kan fortsatt være nødvendig i utfordrende trange rom (som steinsprut).

Mitt første inntrykk da jeg så videoen til den minimalt aktiverte rekonfigurerbare kontinuerlige sporroboten, er at med et kamera ved roret ville den være perfekt for søk og redning. Hvilke brukstilfeller ser du for deg for en slik robot?

Den rekonfigurerbare kontinuerlige sporroboten er først og fremst utviklet for søk og redningsformål i vanskelig terreng som steinsprut. Men den kan også brukes til andre bruksområder som utgraving, landbruk og gjennomgang i rør for industrielt vedlikehold.

Et av dine tidligere prosjekter er SAW, en minimalt aktivert rekonfigurerbar kontinuerlig sporrobot. Hva var inspirasjonen bak denne roboten?

SAW (single actuator wave)-roboten ble opprinnelig inspirert av biologiske miniatyrorganismer som svømmer ved å bølge halen. Å lage denne roboten var veldig utfordrende. Selv om ligningene viste at en enkelt motor er nødvendig for å utvikle bølgebevegelsen, var det ikke enkelt å realisere denne bevegelsen mekanisk. Jeg fant løsningen da jeg underviste i kurset Mekanisk design og innså at sideprojeksjonen til en fjær er en sinusfunksjon som går videre når fjæren roteres

Hvor liten kan du til slutt lage SAW? Er det mulig å ha en lignende størrelse robot i fremtiden som kan brukes til å reise inne i menneskekroppen?

Hovedformålet med SAW-roboten er å krype inne i kroppen. Vår nyeste design er mindre enn 1.5 cm bred og den er i stand til å krype inn i tarmen til grisen (ex-vivo). For tiden søker vi midler til å utvikle mindre roboter for å krype inn i fordøyelsessystemet. Vi tror dette er svært mulig.

En av observasjonene jeg gjorde fra robotene dine er at mange av dem er basert på enkelhet. Prøver du med vilje å være minimalistisk når det gjelder antall fungerende komponenter i en robot?

Vi følger enkelhetens logikk. Et ordtak tilskrevet Albert Einstein sier "Alt skal være så enkelt som mulig, men ikke enklere". Et mindre antall komponenter betyr bedre pålitelighet, lengre levetid, høyere effekttetthet og gjør det mye enklere å redusere størrelsen på robotene.

Hva jobber du med nå?

I laboratoriet mitt på Ben-Gurion University jobber vi for tiden med flere prosjekter som inkluderer modellering av en robot som kan krype inn i kroppen, serielle roboter for landbruksapplikasjoner og noen små søke- og redningsroboter.

Noe annet du vil dele med våre lesere?

Jeg oppfordrer sterkt foreldre og barn til å engasjere seg i mekatronikk/robotikk. Med dagens teknologi er det mulig å kjøpe brukervennlige komponenter (3D-printere, arduino-kontrollere, motorer, sensorer osv.) til lav pris og programmere dem med tilgjengelige hjemmeressurser. Det kan være en morsom aktivitet for hele familien (spesielt i denne perioden hvor vi stort sett er hjemme). Jeg oppfordrer også barn til å engasjere seg i vitenskap og bruk av datamaskiner til pedagogiske formål (ikke bare spill).

Takk for intervjuet. Jeg liker virkelig å lære om din unike tilnærming til å designe virkelig innovativ robotikk. Lesere som ønsker å lære mer bør besøke Bioinspirert og medisinsk robotikklaboratorium.