✅Пять лет научной робототехники

В этом месяце Science Robotics отмечает свою пятую годовщину. С девизом “Наука для робототехники и робототехника для науки” и импакт-фактором 23,75 Science Robotics стал ведущим журналом в области робототехники и смежных технологий. С самого начала журнал позиционировал себя как дополнение к существующим, хорошо зарекомендовавшим себя инженерным журналам в области робототехники и автоматизации, а также для привлечения новых дисциплин, таких как интеллектуальные материалы, нейробиология, биоинспирированные и биогибридные системы, которые могут способствовать будущему развитию робототехники. АмбицииНаучная робототехника призвана глубоко внедрить исследования в области робототехники в фундаментальные науки, при этом уделяя особое внимание инновациям в воплощениях и механизмах, а не чисто теоретическим концепциям или алгоритмам, продвигать радикально отличающиеся подходы к робототехнике и культивировать новых законодателей моды в этой области. Статьи, опубликованные за последние 5 лет, охватывают широкий круг тем от авторов из 25 разных стран и регионов (рис. 1).

Рис. 1. Научная робототехника с первого взгляда.

В течение первых 5 лет с момента запуска Science Robotics принимала доклады из разных стран / регионов (вверху слева). Отчет о цитировании в Web of Science, содержащий 50 и 100 наиболее цитируемых статей (категории = робототехника) из разных журналов по робототехнике (вверху справа). Совокупное распределение опубликованных работ по научной робототехнике для различных подкатегорий робототехники (внизу).

Успех журнала во многом является результатом активной исследовательской деятельности и растущего интереса к робототехнике со стороны фундаментальных наук, инженерии, медицины и социальных дисциплин. Широкая общественность постоянно расширяет свои ожидания в отношении робототехники: роботы должны сотрудничать с людьми для борьбы с инфекционными заболеваниями, очистки морского дна океана, ликвидации разливов нефти и действовать как компаньоны. Глобальный интерес к ИИ резко возрос, когда AlphaGo обыграла чемпиона мира Ли Седола в игре Го в 2016 году. Это был год, когда появилась научная робототехника. С тех пор исследования и инвестиции в ИИ, машинное обучение и робототехнику продолжают расти, при этом крупные инвестиции со стороны технологической индустрии, правительств и венчурного капитала.

Последние пять лет науки в робототехнике

За последние 5 лет мы стали свидетелями того, как такие области, как мягкая робототехника, превратились из относительно молодой дисциплины с зарождающимися концепциями и исследовательскими идеями в процветающую тему. В самом первом выпуске Science Robotics мы опубликовали обзорную статью о мягкой робототехнике (1), иллюстрирующую историю этой области, почти ограниченную предыдущим десятилетием (за исключением нескольких предшествующих работ), с изложением решенных проблем и полученных достижений для продвижения области вперед. Развитие мягкой робототехники происходило параллельно с развитием материаловедения и производства, включая разработку систем сбора энергии, зондирования на месте и схем приведения в действие. Внедрение принципов биоинспирированного и биогибридного проектирования предложило новые способы конструирования и управления роботами. В наши выпуски вошли отличные статьи о самовосстанавливающихся и интеллектуальных материалах для решения задач с различными схемами воплощения, которые невозможны при обычных подходах.

Спустя пять лет микро- и наноробототехника продолжает играть важную роль в научной робототехнике (2), потому что это область, которая естественным образом соединяет фундаментальные научные исследования с приложениями в робототехнике.Оглядываясь назад, вероятно, справедливо будет сказать, что основные проблемы в этой области остаются. Тем не менее, интерес к исследованиям в области микро- и наноробототехники неуклонно растет, и эта область захватывает воображение все большего числа исследователей из самых разных дисциплин. Многие мотивированы потенциальными прорывами и медицинскими приложениями, которые обещает эта область, с междисциплинарными темами исследований, начиная от материаловедения, физики и химии, изготовления, контроля и приборостроения и заканчивая медицинскими приложениями. На этом стыке науки и техники стратегии исследований сильно различаются: от начала с самых фундаментальных строительных блоков для создания роботизированных систем до использования устоявшихся технологий и их адаптации для максимальной миниатюризации.

С момента своего первого выпуска Science Robotics стала домом для выдающихся исследований роботов, которые физически помогают людям взаимодействовать с окружающим миром. С тех пор были достигнуты большие успехи в разработке экзоскелетов, которые улучшают передвижение человека. Также были продемонстрированы многообещающие новые методы нейронной интеграции человека и робота; пилотные исследования показали потенциальные преимущества интеграции как двигательных, так и сенсорных путей в вспомогательные устройства, в частности протезы конечностей, а также сочетания реабилитационных роботов со стимулирующей терапией и специализированными операциями. Мы также стали свидетелями многих достижений в области базовых технологий зондирования, приведения в действие и управления, начиная от демонстрации концепции новых идей и заканчивая убедительными демонстрациями полевых систем. Наиболее впечатляющие достижения, как правило, являются результатом настоящего междисциплинарного сотрудничества между исследователями в области робототехники, биомеханики, нейробиологии, медицины и науки о данных. То же самое верно и для хирургической робототехники, которая также достигла огромного роста за последние 5 лет (3). Новые решения включают в себя новые поколения запястных микроинструментов и микрокатетеров, предназначенных для улучшения возможностей хирурга по доступу и наложению швов на мелкие, деликатные анатомические образования, фокусированную доставку энергии с помощью роботов, мультимодальную визуализацию и интеграцию, мягкие эндолюминальные инструменты для точного вмешательства при глубоко укоренившихся ранних злокачественных новообразованиях и имплантируемую робототехнику на основе новых технологий.биоматериалы и методы регенерации тканей.

Робототехника является примером ультраконвергентной области исследований (рис. 1, внизу). В 2018 году редакторы Science Robotics опубликовали 10 грандиозных задач (4), которые могут оказать более широкое влияние на многие аспекты робототехники.Задачи, стоящие перед робототехникой, касаются не только технической стороны, но и обеспечения ее устойчивости. Экологичность роботов имеет множество значений: экологическая и энергетическая устойчивость может быть достигнута с помощью более экологичных материалов и более эффективных роботов с системами сбора энергии; экономическая и правовая устойчивость требует, чтобы роботы вносили вклад в производство материальных благ и в более гуманный, достойный труд для людей, и подразумевает изучение экономических моделей, которые используют преимущества работы роботов, и нормативно-правовых рамок, которые сохраняют выгоды для граждан и промышленности.Нынешняя пандемия затронула почти все аспекты общества и поставила перед сообществом робототехники задачу найти способы, с помощью которых роботы могли бы помочь установить лучшие нормы во время и после эпохи COVID-19 (5). Нам нужны долгосрочные решения для учета изменений в бизнесе, логистике, производстве, цепочках поставок, транспорте, здравоохранении и образовании. В связи с этим мы с нетерпением ожидаем совместной работы с сообществом в ближайшие 5 лет не только для решения фундаментальных научных и инженерных задач робототехники, но и для рассмотрения вопроса об устойчивом и ответственном использовании роботов.

Благодарность

Мы благодарим Б. Хан из Института медицинской робототехники Шанхайского университета Цзяо Тун за помощь с цифрой, использованной в этой редакционной статье.