Ar įmanoma suvaldyti tai, kas neturi pastovios geometrinės formos, kai pats valdymo instrumentas yra linkęs keisti savo fizines savybes nuo menkiausio aplinkos pokyčio? „Soft Robotics Inc.“ gamybinėje aplinkoje šis klausimas nėra retorinis, o veikiau kasdienė inžinerinė realybė, kurioje švariame kambaryje, persmelktame aštraus ozono ir sintetinių polimerų tvaiko, 3D regos sistemos atidžiai stebi mGripAI griebtuvų darbą, o pirštų galiukai fiksuoja beveik nematomą virpesį, sklindantį iš pneumatinių linijų, maitinančių šiuos minkštuosius manipuliatorius, paverčiant fizikos dėsnius ne tik teoriniu pagrindu, bet ir nuolatine, nenuspėjama kliūtimi.
Laboratorijos cryogenics inžinierius, stebintis slėgio daviklius, tyliai koreguoja vožtuvų atsako laiką, nes pneumatiniai dirbtiniai raumenys tampa visiškai neprognozuojami, kai darbinis slėgis artėja prie ribinių verčių, o šie elastomeriniai įrenginiai, nors ir sukurti generuoti stulbinančią jėgą, dėl medžiagos trapumo diktuoja itin griežtas veikimo taisykles. Kiekvienas silikoninio manipuliatoriaus linkis tampa kompromisu tarp mechaninio atitikimo ir algoritminio determinizmo, todėl medžiagų vidinei matricai patiriant nuovargį, skaičiavimai, žadėję ilgą tarnavimo laiką, praranda savo reikšmę ir priverčia komandą nuolat peržiūrėti bei adaptuoti savo modelius.
„TU Delft“ ir „NIST“ specialistai jau seniai pabrėžė, jog pagrindinė kliūtis yra bendros kalbos trūkumas tarp polimerų chemijos ir klasikinės valdymo teorijos, mat projektuojant tokias sistemas inžinieriai negali paprasčiausiai pakeisti vieno komponento, kaip tai būtų daroma su metaline ašimi ar standartiniu elektros varikliu. Visa konstrukcija vienu metu atlieka jutiklio ir pavaros funkciją, todėl bet koks fizinis pokytis paveikia visą grandinę, o skysto metalo pagrindo jutikliai, integruojami į paviršinį sluoksnį, dažnai praranda kalibravimą dėl tiesioginio tempimo ir sukelia signalo triukšmą, kurio neįmanoma pašalinti jokiu programiniu filtru.
Vakaro pamainoje dielektriniai elastomeriniai pavaros mechanizmai, kuriems reikalinga aukštesnė nei 1 kV įtampa, bando išlaikyti formą atliekant itin sudėtingas operacijas, tačiau jų jautrumas aplinkos drėgmei, veikiančiai dielektrinį laidumą, įpareigoja palaikyti griežtą temperatūrą ir nuolatinį drėgmės lygį, siekiant išvengti katastrofiško trumpojo jungimo. Kiekvienas inžinierius šioje patalpoje supranta, kad robotai išlieka funkcionalūs tik tol, kol pavyksta numatyti jų netiesinį elgesį, o tai tampa beveik neįmanoma užduotimi dirbant su neapibrėžta aplinka, pavyzdžiui, maisto produktais, kurių masė ir tekstūra kinta kiekvieną akimirką.
Reguliavimo institucijos, tokios kaip FDA, reikalauja sistemos stabilumo, tačiau apibrėžti stabilumą sistemoje, kurios padėtis erdvėje yra teoriškai begalinė, tampa iššūkiu, kurį dar labiau apsunkina tai, kad net patys pažangiausi fizikiniai modeliai, papildyti mašininio mokymosi algoritmais, subyra manipuliatoriaus apkrovai viršijus numatytą ribą. Tai yra kasdienė kova, bandymas sujungti minkštą, prisitaikantį griebtuvą su kietu, griežtu algoritmu, niekada nebuvusiu pritaikytu tokiems netiesiniams pokyčiams, o atotrūkis tarp teorijos ir tikrovės tampa vis ryškesnis, ypač kai bandoma išvengti brangios, tačiau būtinos išorinės infrastruktūros, tokios kaip didelio galingumo kompresoriai.
Minkštųjų robotų struktūra primena gyvą organizmą, reaguojantį į kiekvieną elektros krūvio pokytį ar aplinkos temperatūros svyravimą, todėl kristalinei struktūrai elastomerų viduje pradėjus silpti, tikslumas dingsta, užleisdamas vietą chaotiškam virpesiui. Inžinierių komanda stebi, kaip 3D regos sistemos duomenys neatitinka realaus griebtuvo užgriebimo kampo, o tai sukelia grandininę reakciją visoje gamybos linijoje, kurios negalima tiesiog išjungti, nes kiekviena prastova reiškia prarastą laiką ir resursus, o fizikiniai procesai viduje vis tiek tęsiasi savo vaga.
Kiekvienas komponentas, pradedant polimerinėmis membranomis ir baigiant silikoniniais laidais, turi savo specifinį galiojimo laiką, priklausantį nuo mechaninio įtempio intensyvumo, todėl optiniai jutikliai, naudojami mikroįtrūkimų formavimuisi stebėti, dažnai būna per maži, kad būtų laiku pastebėti. Tai yra nuolatinis žaidimas su entropija, bandymas įrėminti minkštąją materiją į standžius matematinius rėmus, tačiau ji visada randa būdą išsiveržti už tų rėmų ribų, demonstruodama savo prigimtinį nepaklusnumą.
Sistemos įtampa ir slėgis yra vieninteliai parametrai, kuriuos įmanoma tiesiogiai kontroliuoti, tačiau atsako laikas tarp komandos ir mechaninio veiksmo visada vėluoja, o šis vėlavimas, nors ir skaičiuojamas milisekundėmis, yra pakankamas sukelti histerezę, iškreipiančią visą darbo eigą. Nors nuolat kalibruojame, taisome ir perrašome kodą, pagrindinė problema išlieka – pati medžiaga turi savo atmintį, tad polimerai, veikiami nuolatinio slėgio, praranda savo pradinį tamprumo modulį, todėl kiekvienas kitas ciklas yra šiek tiek kitoks nei ankstesnis.
Mes esame priversti pripažinti, kad mūsų dabartinis supratimas apie minkštąją materiją yra vis dar ankstyvoje stadijoje, ir nors technologijos leidžia kurti stulbinančius įrenginius, vis dar remiamės intuicija bei bandymų ir klaidų metodu, siekdami išlaikyti šias sistemas darbinėje būklėje. Kiekvienas inžinierius, dirbantis su šiais robotais, jaučia tą pačią įtampą, kai sistema pradeda skleisti neįprastus garsus ar kai davikliai rodo netikėtus duomenų šuolius, akimirksniu suprantant, jog fizika nėra sąjungininkė, o griežta egzaminuotoja, kuri neleidžia jokių nuolaidų.
Šią akimirką, esant 3 valandai ryto, stebime, kaip vienas iš bandymų stendų pradeda kaisti, nes solenoidiniai vožtuvai nepajėgia susidoroti su dažnu impulsiniu apkrovimu, sistemos įtampai siekiant 24 V, o inžinieriams priverstiems rankiniu būdu reguliuoti aušinimo srautus, nes automatika nesugeba adekvačiai įvertinti šiluminės plėtros koeficiento pokyčių medžiagoje. Sistema taisoma lipnia juosta ir logika, suvokiant, kad kiekviena darbo minutė yra brangesnė už nuovargį, o fizika, stebinti kiekvieną menkiausią klaidą, primena, jog kuriama nauja robotikos era tėra bandymas iškovoti papildomas sekundes iš neišvengiamos entropijos.