Sodobni roboti zmorejo veliko. Toda hkrati so daleč od človeške lahkotnosti in miline gibov. In krivda je - nepopolne umetne mišice. Znanstveniki iz mnogih držav poskušajo rešiti ta problem. Članek bo posvečen kratkemu pregledu njihovih neverjetnih izumov.
polimerne mišice singapurskih znanstvenikov
Korak k več humanoidnim robotom so nedavno naredili izumitelji z Nacionalne univerze v Singapurju. Danes težke androide poganjajo hidravlični sistemi. Pomembna pomanjkljivost slednjega je nizka hitrost. Umetne mišice za robote, ki so jih predstavili singapurski znanstveniki, omogočajo kiborgom ne samo dvigovanje predmetov, ki so 80-krat težji od njihove lastne teže, ampak tudi, da to počnejo tako hitro kot človek.
Inovativni dizajn, ki se raztegne petkrat v dolžino, pomaga robotom "obiti" celo mravlje, za katere je znano, da lahko prenašajo predmete, 20-krat težje od teže lastnega telesa. Polimerne mišice imajo naslednje prednosti:
- prožnost;
- udarna moč;
- elastičnost;
- zmožnost spreminjanja oblike v nekaj sekundah;
- zmožnost pretvorbe kinetične energije v električno energijo.
Vendar se znanstveniki ne bodo ustavili pri tem - nameravajo ustvariti umetne mišice, ki bi robotu omogočile dvigniti breme, 500-krat težje od njega!
Discovery s Harvarda - mišice iz elektrod in elastomera
Izumitelji, ki delajo na Šoli za uporabne in inženirske znanosti na Univerzi Harvard, so predstavili kvalitativno nove umetne mišice za tako imenovane "mehke" robote. Po mnenju znanstvenikov njihova zamisel, sestavljena iz mehkega elastomera in elektrod, ki vključujejo ogljikove nanocevke, po kakovosti ni slabša od človeških mišic!
Vsi roboti, ki obstajajo danes, kot že omenjeno, temeljijo na pogonih, katerih mehanizem je hidravlični ali pnevmatski. Takšne sisteme poganja stisnjen zrak ali reakcija kemikalij. Zaradi tega je nemogoče izdelati robota, ki bi bil tako mehak in hiter kot človek. Harvardski znanstveniki so to pomanjkljivost odpravili tako, da so ustvarili kvalitativno nov koncept umetnih mišic za robote.
Nova kiborgova "mišica" je večplastna struktura, v kateri nanocevne elektrode, ustvarjene v Clarkovem laboratoriju, nadzorujejo zgornjo in spodnjo plast fleksibilnih elastomerov, zamisel znanstvenikov z Univerze v Kaliforniji. Takšne mišiceidealno za "mehke" androide in laparoskopske instrumente v kirurgiji.
Harvardski znanstveniki se niso ustavili pri tem čudovitem izumu. Eden od njihovih najnovejših dosežkov je biorobot stingray. Njegove komponente so srčne mišične celice podgane, zlato in silikon.
Izum Bauchmannove skupine: druga vrsta umetne mišice, ki temelji na ogljikovih nanocevkah
Še leta 1999 v avstralskem mestu Kirchberg na 13. srečanju Mednarodne zimske šole o elektronskih lastnostih inovativnih materialov je znanstvenik Ray Bauchman, ki dela pri Allied Signal in vodi mednarodno raziskovalno skupino, naredil predstavitev. Njegova objava je bila o izdelavi umetnih mišic.
Razvijalci pod vodstvom Raya Bauchmana so si lahko predstavljali ogljikove nanocevke v obliki listov nanopapirja. Cevi v tem izumu so bile na vse možne načine prepletene in pomešane med seboj. Sam nanopapir je bil po videzu podoben navadnemu papirju – ga je bilo mogoče držati v rokah, rezati na trakove in koščke.
Poskus skupine je bil na videz zelo preprost - znanstveniki so na različne strani lepilnega traku pritrdili koščke nanopapirja in to strukturo spustili v slano električno prevodno raztopino. Po vklopu nizkonapetostne baterije sta se oba nanotraka podaljšala, predvsem tisti, ki je povezan z negativnim polom električne baterije; potem se je papir zvil. Model umetne mišice je deloval.
Bauhman sam verjame, da je njegov izum po kvalitativni modernizacijibo bistveno preoblikoval robotiko, saj takšne ogljikove mišice, ko se upognejo/raztegnejo, ustvarijo električni potencial – proizvajajo energijo. Poleg tega so takšne mišice trikrat močnejše od človeških, lahko delujejo pri izjemno visokih in nizkih temperaturah, pri čemer za svoje delo uporabljajo nizek tok in napetost. Povsem možno ga je uporabiti za protetiko človeških mišic.
Univerza v Teksasu: umetne mišice iz ribiške vrvice in sukanca za šivanje
Eno najbolj presenetljivih je delo raziskovalne skupine z univerze v Teksasu, ki se nahaja v Dallasu. Uspelo ji je dobiti model umetnih mišic, ki po svoji moči in moči spominja na reaktivni motor - 7,1 KM / kg! Takšne mišice so stokrat močnejše in produktivnejše od človeških. Najbolj neverjetno pa je, da so bili izdelani iz primitivnih materialov - visoko trdne polimerne ribiške vrvice in sukanca za šivanje.
Prehrana takšne mišice je temperaturna razlika. Zagotavlja ga šivalni sukanec, prevlečen s tanko plastjo kovine. Vendar pa bodo v prihodnosti mišice robotov lahko napajale spremembe temperature njihovega okolja. Mimogrede, ta lastnost se lahko uporablja za oblačila, ki se prilagajajo vremenu, in druge podobne naprave.
Če polimer zasukamo v eno smer, se bo pri segrevanju močno skrčil in pri ohlajanju hitro raztegnil, če pa ga zasukamo v nasprotno smer, pa bo popolnoma nasprotno. Tako preprosta zasnova lahko na primer vrti celoten rotor s hitrostjo 10 tisoč vrtljajev / min. Plus takeumetne mišice iz ribiške vrvice, saj se lahko skrčijo do 50 % svoje prvotne dolžine (človeški le za 20 %). Poleg tega jih odlikuje neverjetna vzdržljivost - ta mišica se ne "utrudi" niti po milijonu ponovitev akcije!
Od Teksasa do Amurja
Odkritje znanstvenikov iz Dallasa je navdihnilo številne znanstvenike z vsega sveta. Vendar je le en robotik uspel uspešno ponoviti njihovo izkušnjo - Aleksander Nikolajevič Semočkin, vodja laboratorija za informacijsko tehnologijo na Beloruski državni pedagoški univerzi.
Sprva je izumitelj potrpežljivo čakal na nove članke v Science o množičnem izvajanju izuma ameriških kolegov. Ker se to ni zgodilo, se je amurski znanstvenik odločil s svojimi somišljeniki ponoviti čudovito izkušnjo in z lastnimi rokami ustvariti umetne mišice iz bakrene žice in ribiške vrvice. Toda, žal, kopija ni bila izvedljiva.
Navdih iz Skolkovo
Vrnitev k skoraj zapuščenim poskusom Aleksandra Semočkina je prisilila naključje - znanstvenik je prišel na konferenco o robotiki v Skolkovo, kjer je srečal podobno mislečega iz Zelenograda, vodjo podjetja Neurobotics. Kot se je izkazalo, se inženirji tega podjetja ukvarjajo tudi z ustvarjanjem mišic iz ribiških vrvic, ki so precej vzdržljive.
Po vrnitvi v domovino se je Aleksander Nikolajevič z novo močjo lotil dela. V mesecu in pol mu je uspelo ne le sestaviti delovne umetne mišice, ampak tudi ustvariti stroj za njihovo zvijanje, ki je naredil zvitke ribiške vrvice.strogo ponovljivo.
oznanjena umetna muskulatura
Za ustvarjanje petcentimetrske mišice A. N. Semočkin potrebuje nekaj metrov žice in 20 cm navadne ribiške vrvice. Mimogrede, 3D natisnjen stroj za "proizvodnjo" mišic mišico zvije v 10 minutah. Nato strukturo postavimo v pečico, ogreto na +180 stopinj Celzija za pol ure.
Tako mišico lahko aktivirate s pomočjo električnega toka - samo povežite njen vir na žico. Posledično se začne segrevati in prenašati svojo toploto na ribiško vrv. Slednji se raztegne ali skrči – odvisno od vrste mišice, ki jo je naprava zvila.
Načrti izumitelja
Novi projekt Aleksandra Semočkina je "naučiti" ustvarjene mišice, da se hitreje vrnejo v prvotno stanje. K temu lahko pripomore hitro hlajenje napajalne žice - znanstvenik predlaga, da se bo tak proces pod vodo zgodil hitreje. Po pridobitvi takšne mišice bo njen prvi lastnik postal Iskanderus, antropomorfni robot beloruske državne pedagoške univerze.
Znanstvenik svojega izuma ne skriva - objavlja videoposnetke na YouTubu, namerava pa napisati tudi članek s podrobnimi navodili za ustvarjanje stroja, ki zvija mišice iz ribiške vrvice in žice.
Čas ne miruje - umetne mišice, o katerih smo vam povedali, se že uporabljajo v kirurgiji endo- inlaparoskopske operacije. In v laboratoriju "Disney" so z njihovo udeležbo sestavili delujočo roko.
