Didelė pažanga robotikos srityje pirmą kartą buvo sėkmingai sukurtas robotas su „minkštais“ žmogaus raumenimis. Tokie minkšti robotai gali būti palaima ateityje kuriant žmonėms draugiškus robotus.
Robotai yra programuojamos mašinos, kurios reguliariai naudojamos pramonėje, pavyzdžiui, kaip automatizavimo dalis, ypač gamyboje, nes jie yra sukurti taip, kad gerai atliktų pasikartojančias užduotis, kurioms reikia daug jėgos ir galios. Robotai sąveikauja su fiziniu pasauliu per juose esančius jutiklius ir pavaras, o juos galima perprogramuoti, todėl jie yra naudingesni ir lankstesni nei įprasti vienos funkcijos įrenginiai. Iš to, kaip šie robotai suprojektuoti atlikti darbą, akivaizdu, kad jų judesiai yra itin standūs, kartais trūkčiojantys, panašūs į mašiną, jie sunkūs, įspūdingi ir nenaudingi, kai tam tikrai užduočiai skirtingu metu reikia skirtingos jėgos. taškų. Robotai taip pat kartais yra pavojingi ir jiems gali prireikti saugių aptvarų, nes jie nėra jautrūs aplinkai. Robotikos sritis tyrinėja įvairias disciplinas, skirtas projektuoti, kurti, programuoti ir efektyviai naudoti robotines mašinas įvairiose pramonės ir medicinos technologijų srityse su skirtingais reikalavimais.
Neseniai atliktuose dvyniuose tyrimuose, kuriuos vadovavo Christoph Keplinger, mokslininkai pritaikė robotus su naujos klasės raumenimis, kurie yra labai panašūs į mūsų žmogaus raumenis ir turi jėgą bei jautrumą, kaip ir mes. Pagrindinė idėja yra suteikti daugiaunatūralus“ judesiai į mašiną, ty robotai. Šiandien 99.9 procentai visų robotų yra standžios mašinos, pagamintos iš plieno arba metalo, o biologinis korpusas yra minkštas, bet turi neįtikėtinų galimybių. Šie robotai su „minkštais“ arba „tikresniais“ raumenimis gali būti tinkamai suprojektuoti atlikti įprastas ir subtilias užduotis (kurias žmogaus raumenys atlieka kasdien), pavyzdžiui, tiesiog paimti minkštą vaisių arba įdėti kiaušinį į krepšelį. Palyginti su tradiciniais robotais, robotai, kuriuose yradirbtiniai raumenys“ bus tarsi „švelnesnės“ jų pačių versijos ir saugesnės, o vėliau jas būtų galima pritaikyti atlikti beveik bet kokią užduotį šalia žmonių, siūlant keletą galimų pritaikymų, susijusių su žmogaus gyvenimu ir aplink jį. Minkštieji robotai gali būti vadinami „bendradarbiaujančiais“ robotais, nes jie bus unikaliai suprojektuoti atlikti tam tikrą užduotį labai panašiai kaip žmogus.
Tyrėjai bandė sukurti minkštųjų raumenų robotus. Tokiam robotui reikės minkšto raumuo technologiją, skirtą apsimesti žmogaus raumenimis, ir dvi tokias technologijas išbandė mokslininkai – pneumatines pavaras ir dielektrines elastomero pavaras. „Pavara“ apibrėžiama kaip tikrasis įtaisas, kuris judina robotą arba robotas rodo tam tikrą judesį. Pneumatinėse pavarose minkštas maišelis pumpuojamas dujomis arba skysčiais, kad būtų sukurtas tam tikras judėjimas. Tai paprastas dizainas, bet vis tiek galingas, nors siurbliai yra nepraktiški ir turi didelius rezervuarus. Antroji technologija – dielektrinės elastomerinės pavaros naudoja elektrinio lauko taikymo per izoliuojančią lanksčią plastiką koncepciją, kuri ją deformuoja ir taip sukuria judėjimą. Šios dvi technologijos pavieniui dar nepasiteisino, nes elektros srovės varžtui prasiskverbus per plastiką, šie įrenginiai apgailėtinai genda, todėl nėra atsparūs mechaniniams pažeidimams.
Daugiau “žmogaus patinka“ robotai su panašiais raumenimis
Dvyniuose tyrimuose, apie kuriuos pranešta m Mokslas1 bei Mokslas Robotai2, mokslininkai atsižvelgė į teigiamus dviejų turimų minkštųjų raumenų technologijų aspektus ir sukūrė paprastą minkštųjų raumenų tipo pavarą, kuri naudoja elektrą, kad pakeistų skysčių judėjimą mažuose maišeliuose. Šiuose lanksčiuose polimeriniuose maišeliuose yra izoliacinio skysčio, pavyzdžiui, įprasto aliejaus (augalinio aliejaus arba rapsų aliejaus) iš prekybos centro arba bet kokį panašų skystį. Kai buvo įjungta įtampa tarp hidrogelio elektrodų, esančių tarp dviejų maišelio kraštų, šonai buvo pritraukti vienas prie kito, atsiranda aliejaus spazmas, išspausdamas jame esantį skystį ir priversdamas jį tekėti maišelio viduje. Ši įtampa sukuria dirbtinį raumenų susitraukimą, o kai nutrūksta elektra, aliejus vėl atsipalaiduoja, imituodamas dirbtinis raumenų atsipalaidavimas. Tokiu būdu pavara keičia formą, o objektas, prijungtas prie pavaros, rodo judėjimą. Todėl šis „dirbtinis raumuo“ susitraukia ir atpalaiduoja (lenkiasi) akimirksniu per milisekundes tokiu pačiu būdu ir tokiu pačiu tikslumu bei jėga, kaip ir tikri žmogaus skeleto raumenys. Šie judesiai netgi gali įveikti žmogaus raumenų reakcijų greitį, nes žmogaus raumenys tuo pačiu metu bendrauja su smegenimis ir sukelia vėlavimą, nors ir nepastebimą. Todėl naudojant šį dizainą buvo sukurta skysčių sistema, turinti tiesioginį elektrinį valdymą, pasižymintį universalumu ir dideliu našumu.
Pirmajame tyrime1 in Mokslas, pavaros buvo sukurtos spurgos formos ir turėjo galimybę bei miklumą paimti ir laikyti avietę per robotą griebtuvą (ir nesprogdinti vaisiaus!). Galima žala, kurią padarė elektros varžtas, praleidžiamas per izoliacinį skystį (didelė problema, susijusi su anksčiau suprojektuotomis pavaromis), taip pat buvo pasirūpinta dabartinėje konstrukcijoje, o bet kokia elektros žala buvo savaime išgydoma arba nedelsiant pašalinta nauja. skysčio srautas į „pažeistą“ dalį per paprastą perskirstymo procesą. Taip buvo dėl to, kad vietoj kieto izoliacinio sluoksnio, naudoto daugelyje ankstesnių konstrukcijų ir kuris buvo akimirksniu pažeistas, buvo naudojama skysta medžiaga, kuri yra atsparesnė. Šio proceso metu dirbtinis raumuo išgyveno daugiau nei milijoną susitraukimo ciklų. Ši konkreti pavara, būdama spurgos formos, galėjo lengvai nuskinti avietę. Panašiai, pritaikydami šių elastingų maišelių formą, mokslininkai sukūrė daugybę pavarų su unikaliais judesiais, pavyzdžiui, net paėmus trapų kiaušinį tiksliai ir tiksliai reikiama jėga. Šie lankstūs raumenys buvo vadinami „hidrauliškai sustiprintomis savaime gyjančiomis elektrostatinėmis“ arba HASEL pavaromis. Antrame tyrime2 paskelbtas Mokslas robotųTa pati komanda sukūrė dar du minkštųjų raumenų modelius, kurie susitraukia tiesiškai, labai panašūs į žmogaus bicepsą, todėl gali pakartotinai pakelti daiktus, sunkesnius už savo svorį.
A Bendra nuomonė yra tokia, kad kadangi robotai yra mašinos, todėl jie tikrai turi turėti pranašumą prieš žmones, tačiau, kalbant apie nuostabius mūsų raumenų sugebėjimus, galima tiesiog sakyti, kad prieš robotus nublanksta. Žmogaus raumenys yra nepaprastai galingi, o mūsų smegenys nepaprastai daug kontroliuoja mūsų raumenis. Dėl šios priežasties žmogaus raumenys gali tiksliai atlikti sudėtingas užduotis, pvz., rašyti. Mūsų raumenys nuolat susitraukia ir atsipalaiduoja atlikdami sunkią užduotį, ir sakoma, kad iš tikrųjų išnaudojame tik apie 65 procentus savo raumenų pajėgumų, o šią ribą daugiausia nustato mūsų mąstymas. Jei galėtume įsivaizduoti robotą, turintį į žmogų panašius minkštus raumenis, jėgos ir galimybės būtų milžiniškos. Šie tyrimai laikomi pirmuoju žingsniu kuriant pavarą, kuri vieną dieną galėtų pasiekti didžiules tikrų biologinių raumenų galimybes.
Ekonomiškai efektyvi „minkšta“ robotika
Autoriai teigia, kad tokios medžiagos kaip bulvių traškučių polimeriniai maišeliai, aliejus ir net elektrodai yra nebrangios ir lengvai prieinamos, o kaina siekia tik 0.9 USD (arba 10 centų). Tai skatina dabartinius pramonės gamybos padalinius ir mokslininkus tobulinti savo žinias. Nebrangios medžiagos yra keičiamos ir suderinamos su dabartine pramonės praktika, o tokie įrenginiai gali būti naudojami įvairioms reikmėms, pavyzdžiui, protezavimo įtaisams arba kaip žmogaus kompanionas. Tai ypač įdomus aspektas, nes terminas robotika visada tapatinamas su didelėmis sąnaudomis. Trūkumas, susijęs su tokiu dirbtiniu raumeniu, yra didelis jo veikimui reikalingas elektros energijos kiekis, be to, yra tikimybė, kad jis nudegs, jei robotas rezervuos per daug savo galios. Minkšti robotai yra daug subtilesni nei jų tradiciniai robotai, todėl jų konstrukcija yra sudėtingesnė, pavyzdžiui, gali prasidėti, prarasti galią ir išsilieti alyva. Šiems minkštiesiems robotams tikrai reikia tam tikro savigydos aspekto, kaip jau daro daugelis minkštųjų robotų.
Veiksmingi ir tvirti minkšti robotai gali būti labai naudingi žmonių gyvenime, nes jie gali papildyti žmones ir dirbti su jais kaip „bendradarbiaujantys“ robotai, o ne robotai, pakeičiantys žmones. Be to, tradiciniai rankų protezai galėtų būti minkštesni, malonesni ir jautresni. Šie tyrimai yra daug žadantys ir, jei būtų galima išspręsti didelį energijos poreikį, jie gali pakeisti robotų ateitį jų dizaino ir judėjimo požiūriu.
***
Šaltiniai)
1. Acome ir kt. 2018. Hidrauliškai sustiprintos savaime gydančios elektrostatinės pavaros, kurių veikimas panašus į raumenis. Mokslas. 359(6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris ir kt. 2018. Peano-HASEL pavaros: Raumenis imituojantys, elektrohidrauliniai keitikliai, kurie tiesiškai susitraukia aktyvuojant. Mokslas robotų. 3 straipsnio 14 dalį. https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
***
