Объявлены победители первого этапа соревнований подземных роботов
Команда Explorer, созданная инженерами из двух американских университетов, победила в первом этапе конкурса DARPA Subterranean Challenge, в рамках которого команды разрабатывают и тестируют роботов, предназначенных для работы в подземных сооружениях. На первом этапе команды соревновались в условиях шахтного тоннеля, а следующие два этапа пройдут в городском тоннеле и пещере.
Конкурс DARPA Subterranean Challenge был объявлен Управленим перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) в конце 2017 года. Его цель заключается в разработке систем, позволяющих использовать автономных и удаленно управляемых роботов в подземных условиях. Эта задача более сложна, чем использование роботов на поверхности, сразу из-за нескольких факторов. К примеру, подземные сооружения часто плохо освещены и имеют узкие проходы, а также в них отсутствует связь. Потенциально наработки, полученные в этом конкурсе, можно использовать для спасательных и военных операций.
Конкурс состоит из трех основных этапов, проходящих в разных условиях. Первый этап, проведенный с 15 по 22 августа 2019 года, состоялся в двух шахтах Национального института охраны труда США в штате Пенсильвания. В этапе приняло участие 11 команд.
Задача команд заключалась в том, чтобы передвигаться по шахте, составлять ее карту, а главное — находить, распознавать и отмечать на карте объекты, расставленные организаторами. Соревнования состояли из четырех попыток, по итогам которых командам засчитывались все корректно распознанные объекты из двух наилучших попыток.
По итогам конкурса лучшей была признанна команда Explorer, состоящая из инженеров из Университета Карнеги — Меллон и Университета штата Орегон. Она использовала связку из двух колесных роботов и двух дронов, оснащенных лидарами и камерами глубины, необходимыми для составления карты тоннелей и распознавания объектов в них. Одна из особенностей подхода инженеров заключается в том, что робот оставляет за собой ретрансляторы, позволяющие поддерживать связь с базовой станцией.
За две лучшие попытки аппараты команды распознали 25 объектов, тогда как у второй лучшей команды этот показатель составил 11 объектов. Кроме того, Explorer выиграла в номинации за самое точное распознавание, распознав оставленный в шахте рюкзак и нанеся его на карту с ошибкой в 20 сантиметров.
Поскольку по условиям конкурса награду за этап получают лишь команды с собственным финансированием, а не финансированием от DARPA, к тому же попавшие в пятерку лучших, награду в 200 тысяч долларов получила лишь одна команда. Ей стала CTU-CRAS, состоящая из инженеров Чешского технического университета и Лавальского университета в Канаде.
Следующий этап пройдет в условиях городского тоннеля в феврале 2020 года, а затем в августе того же года команды будут соревноваться в пещере. В августе 2021 года пройдет финал, в рамках которого команды будут выполнять задания во всех трех средах.
Ранее мы рассказывали о других необычных технологических конкурсах, проводимых DARPA. К примеру, в 2018 году агентство объявило конкурс по созданию микророботов, а также конкурс, в рамках которого аэрокосмическим компаниям необходимо провести два космических запуска, подробности о которых, в том числе космодром старта и полезную нагрузку, они узнают лишь за несколько недель до миссии.
Григорий Копиев
Его чешуя играет роль нагревательного элемента
Инженеры разработали и испытали прототип миниатюрного робота для биомедицинских целей, который управляется внешним магнитным полем и может выступать как нагревательный элемент в медицинских процедурах. Конструкция робота состоит из гибкого полимера с магнитными частицами и верхнего слоя с чешуей из алюминиевых пластин. Робот может адресно доставлять лекарства, останавливать внутренние кровотечения и помогать удалять опухоли. Статья опубликована в журнале Nature Communications. В последние годы активно развивается направление медицины, связанное с разработкой инструментов для малоинвазивной хирургии и адресной доставки лекарств внутри организма. Для этих задач отлично подходят миниатюрные роботы, управление которыми происходит с помощью внешнего магнитного поля. Оно свободно проникает через биологические ткани и позволяет управлять магнитными объектами в теле пациента с высокой точностью. Кроме контроля за положением инструмента в пространстве, магнитное поле может также использоваться и для его дистанционного нагрева, например, чтобы провести процедуры коагуляции крови для остановки внутренних кровотечений или для уничтожения опухолей. Однако, для этого робот должен иметь проводящие металлические элементы в конструкции, которые способны выделять джоулево тепло при воздействии высокочастотного переменного магнитного поля. Прототип такого робота разработали инженеры под руководством Метина Ситти (Metin Sitti) из Института интеллектуальных систем Общества Макса Планка. Робот имеет прямоугольную форму 10 на 20 миллиметров толщиной 0,2 миллиметра. Он состоит из мягкого полимерного слоя из полидиметилсилоксана с включенными в него магнитными частицами и слоя алюминиевой чешуи толщиной 50 микрометров, которая состоит из вырезанных с помощью лазера пластин, закрепленных на полимерном слое таким образом, что каждый следующий элемент частично перекрывает предыдущий. Размещение металлических элементов, по словам авторов, напоминает расположение пластин, которыми покрыто тело панголина. Такая конструкция позволяет сохранить деформируемость, присущую мягким роботам, и одновременно увеличивает размер дистанционно нагреваемой области. Нагрев пластин свыше 70 градусов Цельсия происходит с помощью переменного электромагнитного поля частотой 344 килогерц за время менее 30 секунд. Помимо медицинского назначения, повышение температуры можно использовать для изменения свойств робота. Например, при нагреве свыше температуры Кюри можно перевести магнитные частицы, заключенные в полимерную матрицу в парамагнитное состояние, и, тем самым, отключить робота. Он больше не будет реагировать на управляющее магнитное поле, которое в это время будет воздействовать, например, на второго робота. Также на лету можно изменять профиль намагниченности — распределение направлений векторов намагниченности частиц вдоль полимерной пластины. С помощью этого можно менять характер движений робота. Например, при гармоническом профиле намагниченности робот во внешнем магнитном поле будет изгибаться, сворачиваясь в трубку. Благодаря этому он может захватывать и перемещать внутри себя объекты. Разработчики провели несколько опытов, используя желудок и кишечник свиньи в качестве модельных объектов, чтобы продемонстрировать биомедицинские возможности нового робота. Например, они показали остановку внутреннего кровотечения из открытой раны с помощью коагуляции крови возле нее нагревом. Другая способность робота заключается в доставке нескольких объектов в разные пункты назначения. Для этого пластины металлического слоя, к которым с помощью пчелиного воска с температурой плавления около 62 градусов Цельсия прикрепляют объекты, должны иметь разную толщину. Тогда они будут нагреваться до температуры плавления воска с разной скоростью, позволяя сбрасывать переносимые грузы отдельно в нужных точках. https://www.youtube.com/watch?v=nczejRLuliU Ранее мы рассказывали о разработанной инженерами MIT системе для дистанционного проведения хирургических эндоваскулярных операций. В ней также используется внешнее магнитное поле для управления магнитным хирургическим инструментом внутри кровеносных сосудов.