Dr. David Zarrouk, riaditeľ Laboratória bioinšpirovanej a lekárskej robotiky – Séria rozhovorov

David je odborným asistentom (asistentom profesora) na oddelení ME Ben Gurion University v Negeve a riaditeľom Laboratórium bioinšpirovanej a lekárskej robotiky. Jeho záujmy sú v oblasti biomimetiky, milisystémov, miniatúrnej robotiky, flexibilných a klzkých interakcií, vesmírnej robotiky, neaktivovaných a minimálne aktivovaných mechanizmov a teoretickej kinematiky.

Čo ťa na začiatku zaujalo v oblasti robotiky?

Od detstva ma vždy fascinovali stroje. Vždy som sa ich snažil postaviť a nakoniec po absolvovaní bakalárskeho štúdia v odbore strojárstvo som bol nadšený, že som sa mohol sústrediť na vývoj robotov na Ben-Gurion University of the Negev, ktorí sa dokážu plaziť vo vnútri tela.

 

Máte Ph.D. v lekárskej robotike. Aké sú niektoré typy lekárskych robotických aplikácií, ktoré vás najviac nadchli?

Akákoľvek aplikácia, ktorá zahŕňa presnosť, ktorú možno naprogramovať, je možným kandidátom na robotické riešenie. Dva roboty, na ktorých som v minulosti pracoval, zahŕňali tých, ktorí sa plazia vo vnútri tela a vykonávajú operácie mozgu pomocou ihiel.

 

Jeden robot, ktorý ste vytvorili, sa volá The Flying Star, ktorý je hybridným plaziacim sa a lietajúcim robotom. Čo bolo inšpiráciou za týmto robotom?

Rozťahovací mechanizmus robotov STAR je inšpirovaný hmyzom, ale obsahuje kolesá, ktoré v sebe spájajú výhody bio-inšpirovaných tvorov a kolesových vozidiel.

Aké boli niektoré z výziev pri budovaní Lietajúcej hviezdy?

Flying STAR nie je bežná kvadrokoptéra, pretože mení orientáciu krídel, čo ovplyvňuje jej všeobecnú dynamiku riadenia. Rôzne konštrukčné premenné boli na začiatku náročné a prechod z lietania do jazdných režimov si vyžadoval jedinečné diely, ktoré sme museli vyvinúť sami.

 

Bol som ohromený tým, aká všestranná je Flying Star, dokáže sa doslova vyhýbať prekážkam, plaziť sa pod nimi, lietať nad nimi atď. Ako si vyberie, či sa má plaziť pod objektom alebo preletieť nad ním?

Lietajúci STAR je pôvodne určený na pátracie a záchranné účely a na doručenie balíkov na poslednú míľu. Vyvíjame algoritmy na určenie, kedy letieť alebo jazdiť na základe vzdialeností a energetických požiadaviek, ale aj tvaru prekážky. Rozhodovací algoritmus, ktorý sa stále vyvíja, bude založený na kamerovom mapovaní okolia. Ak je otvor dostatočne vysoký na to, aby sa pod neho vliezol, FSTAR ním jednoducho prejde. V opačnom prípade bude lietať. V náročných stiesnených priestoroch (ako sú sutiny) môže byť stále potrebný ľudský operátor.

 

Môj prvý dojem, keď som videl video o minimálne aktivovanom rekonfigurovateľnom kontinuálnom dráhovom robote, je, že s kamerou na čele by bol ideálny na pátranie a záchranu. Aké prípady použitia si predstavujete pre takéhoto robota?

Rekonfigurovateľný kontinuálny pásový robot je primárne vyvinutý pre účely pátrania a záchrany v náročnom teréne, ako je sutina. Môže sa však použiť aj na iné aplikácie, ako sú výkopové práce, poľnohospodárstvo a plazenie sa vnútri potrubí pri priemyselnej údržbe.

Jedným z vašich predchádzajúcich projektov je SAW, minimálne aktivovaný rekonfigurovateľný kontinuálny pásový robot. Čo bolo inšpiráciou za týmto robotom?

Robot SAW (single actuator wave) bol pôvodne inšpirovaný miniatúrnym biologickým organizmom, ktorý pláva vlnením svojich chvostov. Vytvorenie tohto robota bolo veľmi náročné. Aj keď rovnice ukázali, že na rozvoj vlnového pohybu je potrebný jeden motor, mechanická realizácia tohto pohybu nebola jednoduchá. Riešenie som našiel, keď som vyučoval kurz Mechanický dizajn a uvedomil som si, že bočná projekcia pružiny je sínusová funkcia, ktorá sa posúva dopredu, keď sa pružina otáča.

Aké malé by ste nakoniec mohli vyrobiť SAW? Je možné mať v budúcnosti podobne veľkého robota, ktorý by sa dal použiť na cestovanie v ľudskom tele?

Hlavným účelom robota SAW je plaziť sa vo vnútri tela. Náš najnovší dizajn je široký menej ako 1.5 cm a je schopný vliezť do čreva prasaťa (ex-vivo). V súčasnosti hľadáme financie na vývoj menších robotov, ktorí sa budú plaziť v tráviacom systéme. Veríme, že je to veľmi možné.

 

Jedným z postrehov, ktoré som urobil z vašich robotov, je, že mnohé z nich sú založené na jednoduchosti. Snažíte sa zámerne byť minimalistický, pokiaľ ide o počet pracovných komponentov v akomkoľvek robote?

Riadime sa logikou jednoduchosti. Príslovie pripisované Albertovi Einsteinovi hovorí: „Všetko by malo byť čo najjednoduchšie, ale nie jednoduchšie“. Menší počet komponentov znamená lepšiu spoľahlivosť, dlhšiu životnosť, vyššiu hustotu výkonu a výrazne uľahčuje zmenšenie veľkosti robotov.

 

Na čom momentálne pracuješ?

V mojom laboratóriu Ben-Gurion University v súčasnosti pracujeme na viacerých projektoch, ktoré zahŕňajú modelovanie robota, ktorý sa dokáže plaziť po tele, sériové roboty pre poľnohospodárske aplikácie a niekoľko malých pátracích a záchranárskych robotov.

 

Ešte niečo, o čo by ste sa chceli podeliť s našimi čitateľmi?

Dôrazne povzbudzujem rodičov a deti, aby sa venovali mechatronike/robotike. S dnešnou technológiou je možné lacno kúpiť užívateľsky prívetivé komponenty (3D tlačiarne, arduino ovládače, motory, senzory atď.) a naprogramovať ich z dostupných domácich zdrojov. Môže to byť zábavná aktivita pre celú rodinu (najmä v tomto období, keď sme väčšinou doma). Tiež povzbudzujem deti, aby sa zapojili do vedy a používania počítačov na vzdelávacie účely (nielen hranie).

Ďakujem za rozhovor. Naozaj ma baví spoznávať váš jedinečný prístup k navrhovaniu skutočne inovatívnej robotiky. Čitatelia, ktorí sa chcú dozvedieť viac, by mali navštíviť stránku Laboratórium bioinšpirovanej a lekárskej robotiky.