Dr. David Zarrouk, chef för Bioinspired and Medical Robotics Laboratory – Intervjuserie

David är universitetslektor (biträdande professor) vid ME-avdelningen vid Ben Gurion University of the Negev och chef för Bioinspirerat och medicinskt robotlaboratorium. Hans intressen är inom områdena biomimetik, millisystem, miniatyrrobotik, flexibla och hala interaktioner, rymdrobotik, underaktiverade och minimalt påverkade mekanismer och teoretisk kinematik.

Vad är det som från början lockade dig till robotteknikområdet?

Sedan min barndom har jag alltid varit fascinerad av maskiner. Jag har alltid försökt bygga dem och så småningom efter att ha tagit examen med min kandidatexamen i maskinteknik, har jag varit stolt över att kunna fokusera på att utveckla robotar vid Ben-Gurion University of the Negev som kan krypa in i kroppen.

 

Du har Ph.D. inom medicinsk robotik. Vilka är några av de typer av medicinska robotapplikationer som gör dig mest upphetsad?

Varje applikation som involverar precision som kan programmeras är en möjlig kandidat för en robotlösning. Två robotar som jag arbetade med tidigare involverade de som kryper in i kroppen och utförde hjärnoperationer med hjälp av nålar.

 

En robot du skapade heter The Flying Star som är en hybrid Crawling and Flying Robot. Vad var inspirationen bakom denna robot?

Sprawlmekanismen hos STAR-robotarna är inspirerad av insekter men inkluderar hjul som kombinerar fördelarna med bioinspirerade varelser och hjulförsedda fordon.

Vilka var några av utmaningarna bakom att bygga The Flying Star?

Flying STAR är inte en vanlig quadcopter eftersom den ändrar orienteringen på sina vingar vilket påverkar den allmänna kontrolldynamiken. De olika designvariablerna var utmanande i början och övergången mellan att flyga till körlägen krävde unika delar som vi var tvungna att utveckla själva.

 

Jag blev imponerad av hur mångsidig The Flying Star är, den kan bokstavligen undvika hinder, krypa under dem, flyga över dem, etc. Kan du diskutera hur The Flying Star fattar beslutet om vilket transportsätt som ska användas? Hur väljer den om den ska krypa under ett föremål eller flyga över?

Den flygande STAR är från början designad för sök- och räddningsändamål och för sista milen paketleverans. Vi utvecklar algoritmer för att bestämma hur när man ska flyga eller köra baserat på avstånd och energikrav men också på hindrets form. Beslutsalgoritmen, som fortfarande är under utveckling, kommer att baseras på kamerakartering av omgivningen. Om en öppning är tillräckligt hög för att krypa under den, kommer FSTAR enkelt att köra igenom den. Annars kommer den att flyga. En mänsklig operatör kan fortfarande behövas i utmanande trånga utrymmen (som bråte).

 

Mitt första intryck när jag såg videon för den minimalt aktiverade rekonfigurerbara kontinuerliga spårroboten är att med en kamera vid rodret skulle den vara perfekt för sök och räddning. Vilka är några användningsfall som du föreställer dig för en sådan robot?

Den omkonfigurerbara kontinuerliga spårroboten är i första hand utvecklad för sök- och räddningsändamål i svår terräng som till exempel spillror. Men den kan också användas för andra applikationer såsom schaktning, jordbruk och krypning i rör för industriellt underhåll.

Ett av dina tidigare projekt är SAW, en minimalt aktiverad omkonfigurerbar kontinuerlig spårrobot. Vad var inspirationen bakom denna robot?

SAW-roboten (single actuator wave) var ursprungligen inspirerad av biologiska miniatyrorganismer som simmar genom att svansa svansen. Att skapa denna robot var mycket utmanande. Även om ekvationerna visade att en enda motor behövs för att utveckla vågrörelsen, var det inte enkelt att inse denna rörelse mekaniskt. Jag hittade lösningen när jag undervisade i kursen Mekanisk konstruktion och insåg att sidoprojektionen av en fjäder är en sinusfunktion som avancerar när fjädern roteras

Hur liten skulle du i slutändan kunna göra SAW? Är det möjligt att ha en robot av liknande storlek i framtiden som kan användas för att resa inuti människokroppen?

Huvudsyftet med SAW-roboten är att krypa in i kroppen. Vår senaste design är mindre än 1.5 cm bred och den kan krypa in i tarmen på grisen (ex vivo). För närvarande söker vi finansiering för att utveckla mindre robotar för att krypa in i matsmältningssystemet. Vi tror att detta är mycket möjligt.

 

En av observationerna som jag gjorde från dina robotar är att många av dem är baserade på enkelhet. Försöker du medvetet vara minimalistisk när det kommer till antalet fungerande komponenter i en robot?

Vi följer enkelhetens logik. Ett talesätt som tillskrivs Albert Einstein säger "Allt ska vara så enkelt som möjligt men inte enklare". Ett mindre antal komponenter innebär bättre tillförlitlighet, längre livslängd, högre effekttäthet och gör det mycket lättare att minska storleken på robotarna.

 

Vad jobbar du för närvarande med?

I mitt Ben-Gurion University-labb arbetar vi för närvarande med flera projekt som inkluderar modellering av en robot som kan krypa in i kroppen, serierobotar för jordbrukstillämpningar och några små sök- och räddningsrobotar.

 

Något mer som du vill dela med våra läsare?

Jag uppmuntrar starkt föräldrar och barn att engagera sig i mekatronik/robotik. Med dagens teknik är det möjligt att köpa användarvänliga komponenter (3D-skrivare, arduino-kontroller, motorer, sensorer etc.) till låg kostnad och programmera dem med tillgängliga hemresurser. Det kan vara en rolig aktivitet för hela familjen (särskilt under den här tidsperioden där vi mest är hemma). Jag uppmuntrar också barn att engagera sig i vetenskap och användning av datorer i utbildningssyfte (inte bara spel).

Tack för intervjun. Jag tycker verkligen om att lära mig om ditt unika tillvägagångssätt för att designa verkligt innovativ robotik. Läsare som vill veta mer bör besöka Bioinspirerat och medicinskt robotlaboratorium.