Początki mojej robotycznej przygody
Typowe ramię robota tylko pozornie naśladuje nasze ludzkie. Mobilność naszych kończyn jest daleko większa, gdyż mamy bardziej ruchliwe stawy. Potrzeba ruchliwości szczególnie występuje w laparoskopii – końcówka mikromanipulatora winna być możliwie efektywna kinematycznie.
A co by było, gdyby i robot miał możliwość realizowania wielu stopni swobody w ramach tylko jednego przegubu?…
To pytanie zadałem sobie po raz pierwszy dawno, dawno temu, u schyłku poprzedniego tysiąclecia, kiedy to komórki były w cebuli i na ziemniaki. W owych straszliwych, bezfejsowych czasach, pacholęciem będąc, usłyszałem o bajecznej chirurgii laparoskopowej. Dziurka od klucza, te sprawy… Zafascynował mnie ten temat w stopniu większym, niźli przysługiwał memu smarkaczowatemu stanowi. Pooglądałem sobie narzędzia, jakie są używane i byłem niezmiernie zbulwersowany, że wśród nich brak jest takich, które by działały wystarczająco dobrze…
Było dla mnie oczywistym, że przegub, który występuje w tego typu instrumentach, winien pracować podobnie jak nadgarstek, gałka oczna czy staw ramienny lub biodrowy. W takim brzuchu czy innym sercu jest klaustrofobicznie ciasno, więc należy mieć możliwość działania swobodnie w każdym kierunku bez przeszkód. Istniejące konstrukcje dają wolność w wymiarze albo w lewo, albo w prawo i dopiero przy następnym przegubie mamy ponownie jedynie słuszną dowolność albo w lewo, albo w prawo… No ale tam, w tych trzewiach, przecie nie ma miejsca na taką gburowatość w ruchach! O jakże potężną moc ma dziecięcy gniew!… Zanurkowałem w bezkresnym bałaganie mojego pokoju i cudem odnalazłem w miarę całą i nadal względnie kulistą piłeczkę pingpongową i zacząłem kombinować… O dziwo, udało mi się znaleźć rozwiązanie. Działało! Ale niestety nie działało dość dobrze… Konstrukcja żerowała na wytrzymałości bardzo finezyjnych, delikatnych i trudnych w wykonaniu elementów. Wiedziałem już wtedy, że jeżeli coś ma być do medycyny, to ma być solidne, niezawodne i nade wszystko tanie!…
Początkowy gniew, po którym nastał złudny sukces, ostatecznie przeobraził się w wieloletnią, dojmującą rozpacz bezowocnych poszukiwań… Aż tu nagle, razu pewnego, jadłem na kolację jajecznicę. Lubuję się w takiej technologii spożycia rzeczonej jajecznicy, gdy niezmiennie pozostaje ona na patelni, a ta z kolei spoczywa uroczyście na gazecie, aby zadośćuczynić stołowemu, kuchennemu bhp… Pozwalam sobie o tym wspomnieć tylko dlatego, że wystąpił w tamtym momencie ów decydujący czynnik katalizujący me pragnienia – gazeta! A dokładniej skrawek jej, marginesem zwany, wciąż niedoceniany, który aż się prosi, aby przelać nań jakąś ważną myśl. Z takiego zaproszenia skwapliwie skorzystałem, bo właśnie wtedy napadła mnie bardzo ważna myśl, jakże utęskniona…
Rozwiązanie patowego problemu
Otóż rozwiązanie patowego problemu, który dręczył mnie całe dzieciństwo, że o okresie gołowąsowości nie wspomnę, okazało się bezczelnie proste – stos rurek, rozmieszczonych współosiowo kubek w kubek, uzębionych na końcu, przenosi ruch w oś stawu, na którym nanizana jest adekwatna ilość kół zębatych, a te z kolei przenoszą napęd dalej… Każda rurka, wraz z przypisanym sobie kołem, odpowiada za inną funkcję, której sobie życzymy… Wszelkie ruchliwości mogą być realizowane osobno lub jednocześnie – jednakowoż sterowanie ich jest niezależne, z możliwościami (zaletami i wadami) i precyzją układów zębatych… czyli klasyka mechaniki w nieco odświeżonej, cudacznej formie…
Po etapie gazetowym nastąpiła już czysta formalność – zasiadłem do warsztatu, pozbierałem kilka rurek, kilka zębatek wypreparowałem z maszyn, które liczyły czasy słusznie minione… Nad ranem dysponowałem ruchliwą ilustracją mojego pomysłu.
Widoki na przyszłość
Oczywistym jest, że rozwiązanie to namieszać może w robotyce jako takiej. Pierwotnie skupiłem się na medycynie, bo tam jest najtrudniej i tam też najprędzej nowe rozwiązania powinny trafiać. Nota bene stąd wynikają rozmiary prototypu, który naprędce zmajstrowałem. Docelowo produkcja tych urządzeń miała być realizowana za pomocą lasera femtosekundowego (popularne dziś stenty, przedmioty o podobnych rozmiarach i klasie dokładności, są tak wykonywane). Ja wtedy miałem tylko rękę uzbrojoną w pilnik – stąd żałosna dokładność…
Wyzwań, którym trzeba by sprostać, jest wiele – opracowanie odpowiedniego modułu zęba (Audi ma na koncie niezłą propozycję, co najważniejsze, przećwiczoną), wybór materiału (metal, polimery, ceramika?), w końcu wybór systemu łożyskowania… Owszem, sporo zabawy! Jednakże śmiem twierdzić, że rozwiązanie, jakie pozwoliłem sobie zaproponować, pod wieloma względami jest nader atrakcyjne – daje nieznane dotychczas, nowe możliwości.
Ochoczo przyjmę wszelkie uargumentowane za i przeciw. Szczególnie będę wdzięczny za wskazanie, gdzie takie rozwiązanie w przemyśle już występuje. Przyznam się, że na tamten czas przeprowadziłem gruntowne poszukiwania przynajmniej śladów podobnych koncepcji, gdyż byłem przekonany, że tak prosty mechanizm musi już gdzieś występować. Dopiero później odnalazłem lakoniczny schemat rysunkowy zamieszczony bodaj na stronie pewnej japońskiej uczelni. Niestety, nie było żadnych zdjęć czy filmu dokumentujących prace badawcze nad tego typu konstrukcją.
Poniżej wspomniany ruchomy szkic mikromanipulatora laparoskopowego dla robotów chirurgicznych…
Życzę owocnych rozmyślań i z góry dziękuję za rozpoczęcie dyskusji również na forbot.pl