Д-р Дэвид Заррук, директор лаборатории биоинспирированной и медицинской робототехники – серия интервью

Дэвид является старшим преподавателем (доцентом) факультета медицины Университета Бен-Гуриона в Негеве и директором Лаборатория биоинспирированной и медицинской робототехники. Его интересы находятся в области биомиметики, миллисистем, миниатюрной робототехники, гибких и скользких взаимодействий, космической робототехники, малоактивных и минимально активируемых механизмов и теоретической кинематики.

Что изначально привлекло вас в области робототехники?

С детства меня всегда увлекали машины. Я всегда пытался построить их, и, в конце концов, после получения степени бакалавра в области машиностроения, я был в восторге от того, что смог сосредоточиться на разработке роботов в Университете Бен-Гуриона в Негеве, которые могут ползать внутри тела.

 

У вас есть докторская степень. в медицинской робототехнике. Какие типы медицинских роботизированных приложений вас больше всего волнуют?

Любое приложение, требующее точности, которую можно запрограммировать, является возможным кандидатом на роботизированное решение. В прошлом я работал над двумя роботами, которые ползают внутри тела и выполняют операции на головном мозге с помощью игл.

 

Один из созданных вами роботов называется «Летающая звезда» и представляет собой гибрид ползающего и летающего роботов. Что послужило источником вдохновения для этого робота?

Механизм расползания роботов STAR вдохновлен насекомыми, но включает в себя колеса, которые сочетают в себе преимущества биологически вдохновленных существ и колесных транспортных средств.

С какими трудностями пришлось столкнуться при создании «Летящей звезды»?

Flying STAR не является обычным квадрокоптером, так как он меняет ориентацию своих крыльев, что влияет на общую динамику управления. Различные переменные конструкции были сложными в начале, и переход от режимов полета к режимам вождения требовал уникальных деталей, которые мы должны были разрабатывать сами.

 

Я был впечатлен тем, насколько универсальна «Летящая звезда»: она может буквально уклоняться от препятствий, проползать под ними, летать над ними и т. д. Можете ли вы рассказать, как «Летящая звезда» принимает решение о том, какой вид транспорта использовать? Как он решает, ползти ли под объектом или пролетать над ним?

Летающая ЗВЕЗДА изначально предназначена для поисково-спасательных целей и доставки посылок последней мили. Мы разрабатываем алгоритмы, чтобы определить, когда лететь или ехать, основываясь на расстояниях и потребностях в энергии, а также на форме препятствия. Алгоритм принятия решения, который все еще разрабатывается, будет основан на отображении окружающей среды камерами. Если отверстие достаточно высокое, чтобы пролезть под ним, FSTAR просто проедет через него. Иначе полетит. В труднодоступных замкнутых пространствах (таких как щебень) по-прежнему может потребоваться оператор-человек.

 

Мое первое впечатление, когда я увидел видео о реконфигурируемом роботе с непрерывной гусеницей с минимальным приводом, заключается в том, что с камерой у руля он идеально подходит для поисково-спасательных операций. Какие варианты использования вы предполагаете для такого робота?

Реконфигурируемый робот с непрерывной гусеницей в первую очередь разработан для поисково-спасательных работ в труднопроходимой местности, например, в завалах. Но его также можно использовать для других целей, таких как раскопки, сельское хозяйство и лазание внутри труб для промышленного обслуживания.

Один из ваших предыдущих проектов — SAW, реконфигурируемый робот непрерывного действия с минимальным приводом. Что послужило источником вдохновения для этого робота?

Робот SAW (Single Actual Wave) изначально был вдохновлен миниатюрным биологическим организмом, который плавает, взмахивая хвостом. Создание этого робота было очень сложной задачей. Хотя уравнения показывали, что для создания волнового движения необходим один двигатель, реализовать это движение механически было непросто. Я нашел решение, когда читал курс «Механическое проектирование» и понял, что боковая проекция пружины представляет собой синусоидальную функцию, которая увеличивается при вращении пружины.

Насколько маленьким вы могли бы сделать SAW? Возможно ли в будущем создать робота такого же размера, который можно было бы использовать для перемещения внутри человеческого тела?

Основная цель робота SAW — ползать внутри тела. Наша последняя разработка имеет ширину менее 1.5 см и способна пролезать в кишечник свиньи (ex-vivo). В настоящее время мы ищем финансирование для разработки меньших роботов, способных ползать внутри пищеварительной системы. Мы считаем, что это очень возможно.

 

Одно из наблюдений, которое я сделал по вашим роботам, заключается в том, что многие из них основаны на простоте. Вы намеренно стараетесь быть минималистом, когда речь идет о количестве рабочих компонентов в любом роботе?

Мы следуем логике простоты. Поговорка, приписываемая Альберту Эйнштейну, гласит: «Все должно быть как можно проще, но не проще». Меньшее количество компонентов означает лучшую надежность, более длительный срок службы, более высокую удельную мощность и значительно упрощает уменьшение размеров роботов.

 

Над чем Вы сейчас работаете?

В моей лаборатории Университета Бен-Гуриона мы в настоящее время работаем над несколькими проектами, которые включают моделирование робота, который может ползать внутри тела, серийных роботов для сельскохозяйственных приложений и некоторых небольших поисково-спасательных роботов.

 

Есть ли что-нибудь еще, чем вы хотели бы поделиться с нашими читателями?

Я настоятельно рекомендую родителям и детям заниматься мехатроникой/робототехникой. Благодаря современным технологиям можно покупать удобные для пользователя компоненты (3D-принтеры, контроллеры Arduino, моторы, датчики и т. д.) по низкой цене и программировать их с помощью доступных домашних ресурсов. Это может быть увлекательным занятием для всей семьи (особенно в этот период времени, когда мы в основном находимся дома). Я также призываю детей заниматься наукой и использовать компьютеры в образовательных целях (а не только в играх).

Спасибо за интервью. Мне очень нравится узнавать о вашем уникальном подходе к разработке действительно инновационной робототехники. Читатели, желающие узнать больше, должны посетить Лаборатория биоинспирированной и медицинской робототехники.