Lielajā robotikas sasniegumā pirmo reizi ir veiksmīgi izstrādāts robots ar “mīkstajiem” cilvēkiem līdzīgiem muskuļiem. Šādi mīksti roboti nākotnē var būt par labu cilvēkiem draudzīgu robotu projektēšanai.
Roboti ir programmējamas mašīnas, kuras regulāri izmanto rūpnieciskos lietojumos, piemēram, kā automatizācijas daļu, jo īpaši ražošanā, jo tie ir izstrādāti tā, lai tie labi veiktu atkārtotus uzdevumus, kas prasa daudz spēka un jaudas. Roboti mijiedarbojas ar fizisko pasauli, izmantojot tajos esošos sensorus un izpildmehānismus, un tie ir pārprogrammējami, padarot tos noderīgākus un elastīgākus nekā parastās vienfunkcionālās iekārtas. No tā, kā šie roboti ir izstrādāti darba veikšanai, ir skaidrs, ka to kustības ir ārkārtīgi stingras, dažreiz saraustītas, līdzīgas mašīnai, tās ir smagas, iespaidīgas un nav noderīgas, ja konkrētam uzdevumam ir nepieciešams dažāds spēka daudzums dažādos laikos. punktus. Arī roboti dažkārt ir bīstami, un tiem var būt nepieciešami droši iežogojumi, jo tie nav jutīgi pret apkārtējo vidi. Robotikas jomā tiek pētītas dažādas disciplīnas, lai projektētu, izveidotu, programmētu un efektīvi izmantotu robotizētas mašīnas dažādās rūpniecības un medicīnas tehnoloģiju jomās ar atšķirīgām prasībām.
Nesen veiktajos dvīņu pētījumos, ko vadīja Kristofs Keplingers, pētnieki ir aprīkojuši robotus ar jaunu muskuļu klasi, kas ir ļoti līdzīga mūsu cilvēka muskuļiem, un tiem piemīt spēks un jutīgums tāpat kā mums. Galvenā ideja ir nodrošināt vairākdabas” kustības uz mašīnu, ti, robotiem. 99.9 procenti no visiem mūsdienu robotiem ir stingras mašīnas, kas izgatavotas no tērauda vai metāla, turpretim bioloģiskais korpuss ir mīksts, taču tam ir neticamas iespējas. Šos robotus ar “mīkstajiem” vai “īstākiem” muskuļiem var piemēroti izstrādāt, lai veiktu rutīnas un smalkus uzdevumus (kurus cilvēka muskuļi veic ikdienā), piemēram, vienkārši paņemt mīkstu augli vai ieliekot olu grozā. Salīdzinot ar tradicionālajiem robotiem, roboti, kas aprīkoti armākslīgie muskuļi' būs kā "mīkstākas" viņu pašu versijas un drošākas, un pēc tam tās var pielāgot gandrīz jebkura uzdevuma veikšanai cilvēku tuvumā, norādot uz vairākiem iespējamiem lietojumiem, kas saistīti ar cilvēka dzīvi un ap to. Mīkstos robotus varētu saukt par “sadarbīgiem” robotiem, jo tie būs unikāli izstrādāti, lai veiktu noteiktu uzdevumu ļoti līdzīgi kā cilvēks.
Pētnieki ir mēģinājuši izveidot mīksto muskuļu robotus. Šādam robotam būs nepieciešams mīksts muskulis tehnoloģiju, lai uzdoties par cilvēka muskuļiem, un pētnieki ir izmēģinājuši divas šādas tehnoloģijas - pneimatiskos izpildmehānismus un dielektriskos elastomēra izpildmehānismus. “Izpildmehānisms” ir definēts kā faktiskā ierīce, kas pārvieto robotu, vai robots parāda noteiktu kustību. Pneimatiskajos izpildmehānismos mīksts maisiņš tiek sūknēts ar gāzēm vai šķidrumiem, lai radītu noteiktu kustību. Tas ir vienkāršs dizains, taču joprojām jaudīgs, lai gan sūkņi ir nepraktiski un tiem ir lielgabarīta rezervuāri. Otrā tehnoloģija – dielektriskie elastomēra izpildmehānismi izmanto koncepciju par elektriskā lauka pielikšanu pāri izolējošai elastīgai plastmasai, lai to deformētu un tādējādi radītu kustību. Šīs divas tehnoloģijas pašas par sevi vēl nav bijušas veiksmīgas, jo, kad elektrības skrūve iziet cauri plastmasai, šīs ierīces nožēlojami sabojājas un tādējādi nav izturīgas pret mehāniskiem bojājumiem.
Vairāk "cilvēka patīk” roboti ar līdzīgiem muskuļiem
Dvīņu pētījumos, par kuriem ziņots Zinātne1 un Zinātne Robotika2, pētnieki izmantoja divu pieejamo mīksto muskuļu tehnoloģiju pozitīvos aspektus un izveidoja vienkāršu, mīkstajiem muskuļiem līdzīgu izpildmehānismu, kas izmanto elektrību, lai mainītu šķidrumu kustību mazos maisiņos. Šie elastīgie polimēru maisiņi satur izolējošu šķidrumu, piemēram, parasto eļļu (augu eļļu vai rapšu eļļu) no lielveikala vai jebkuru līdzīgu šķidrumu. Kad spriegums tika pielikts starp hidrogēla elektrodiem, kas novietoti starp abām maisiņa pusēm, sāni tika pievilkti viens otram, rodas eļļas spazmas, izspiežot tajā esošo šķidrumu un liekot tam plūst apkārt maisiņa iekšpusē. Šis sasprindzinājums rada mākslīgu muskuļu kontrakciju, un, tiklīdz tiek pārtraukta elektrība, eļļa atkal atslābinās, imitējot mākslīgs muskuļu relaksācija. Tādā veidā izpildmehānisms maina formu, un objekts, kas ir savienots ar izpildmehānismu, rāda kustību. Tāpēc šis “mākslīgais muskulis” saraujas un atbrīvo (salocās) acumirklī milisekundēs tādā pašā veidā un ar tādu pašu precizitāti un spēku kā īstie cilvēka skeleta muskuļi. Šīs kustības var pat pārspēt cilvēka muskuļu reakciju ātrumu, jo cilvēka muskuļi vienlaikus sazinās ar smadzenēm, izraisot aizkavēšanos, kaut arī nemanāmi. Tāpēc, izmantojot šo dizainu, tika panākta šķidruma sistēma, kurai bija tieša elektriskā vadība, kas demonstrēja daudzpusību un augstu veiktspēju.
Pirmajā pētījumā1 in Zinātne, izpildmehānismi tika izstrādāti virtuļa formā, un tiem bija iespēja un veiklība paņemt un noturēt avenes caur robotizētu satvērēju (un nesprāgt augļus!). Iespējamais bojājums, ko radīja elektrības bultskrūve, izlaižot cauri izolācijas šķidrumam (liela problēma ar iepriekš izstrādātajiem izpildmehānismiem), arī tika ņemts vērā pašreizējā konstrukcijā, un visi elektriskie bojājumi tika pašizdziedināti vai nekavējoties novērsti, izmantojot jaunu. šķidruma plūsma “bojātajā” daļā, izmantojot vienkāršu pārdales procesu. Tas tika skaidrots ar šķidra materiāla izmantošanu, kas ir izturīgāks, cietā izolācijas slāņa vietā, kas tika izmantots daudzos iepriekšējos dizainos un tika nekavējoties bojāts. Šajā procesā mākslīgais muskulis izdzīvoja vairāk nekā miljonu kontrakcijas ciklu. Šis konkrētais izpildmehānisms, kas ir virtuļa formas, varēja viegli nolasīt avenes. Tāpat, pielāgojot šo elastīgo maisiņu formu, pētnieki izveidoja plašu izpildmehānismu klāstu ar unikālām kustībām, piemēram, pat trauslas olas paņemšanu ar precizitāti un precīzu nepieciešamo spēku. Šie elastīgie muskuļi ir saukti par "hidrauliski pastiprinātiem pašdziedinošiem elektrostatiskiem" izpildmehānismiem vai HASEL izpildmehānismiem. Otrajā pētījumā.2 publicēts Zinātnes robotika, tā pati komanda izveidoja divus citus mīksto muskuļu dizainus, kas lineāri saraujas, ļoti līdzīgi cilvēka bicepsam, tādējādi spējot atkārtoti pacelt priekšmetus, kas ir smagāki par savu svaru.
A Vispārīgs uzskats ir tāds, ka, tā kā roboti ir mašīnas, tiem noteikti ir jābūt pārākiem par cilvēkiem, bet, runājot par pārsteidzošajām spējām, ko mums sniedz mūsu muskuļi, varētu vienkārši teikt, ka roboti nobāl salīdzinājumā. Cilvēka muskuļi ir ārkārtīgi spēcīgi, un mūsu smadzenes ārkārtīgi daudz kontrolē mūsu muskuļus. Tas ir iemesls, kāpēc cilvēka muskuļi spēj precīzi veikt sarežģītus uzdevumus, piemēram, rakstīt. Veicot smagu darbu, mūsu muskuļi atkārtoti saraujas un atslābinās, un tiek teikts, ka mēs faktiski izmantojam tikai aptuveni 65 procentus no mūsu muskuļu spējām, un šo robežu galvenokārt nosaka mūsu domāšana. Ja mēs varam iedomāties robotu, kuram ir cilvēkam līdzīgi mīkstie muskuļi, spēks un iespējas būtu milzīgas. Šie pētījumi tiek uzskatīti par pirmo soli, lai izstrādātu izpildmehānismu, kas kādu dienu varētu sasniegt reālu bioloģisko muskuļu milzīgās spējas.
Rentablā “mīkstā” robotika
Autori saka, ka tādi materiāli kā kartupeļu čipsu polimēru maisiņi, eļļa un pat elektrodi ir lēti un viegli pieejami, to izmaksas sasniedz tikai 0.9 USD (vai 10 centus). Tas rosina pašreizējās rūpnieciskās ražošanas vienības un pētniekus papildināt savas zināšanas. Materiāli, kuru izmaksas ir zemas, ir mērogojami un saderīgi ar pašreizējo nozares praksi, un šādas ierīces var izmantot vairākām lietojumprogrammām, piemēram, protēžu ierīcēm, vai kā cilvēka pavadoni. Tas ir īpaši interesants aspekts, jo termins robotika vienmēr tiek pielīdzināts augstām izmaksām. Trūkums, kas saistīts ar šādu mākslīgo muskuļu, ir lielais elektroenerģijas daudzums, kas nepieciešams tā darbībai, kā arī pastāv apdegšanas iespēja, ja robots rezervē pārāk daudz savas jaudas. Mīkstie roboti ir daudz delikātāki nekā to tradicionālie roboti, padarot to konstrukciju sarežģītāku, piemēram, iespējas pārdurt, zaudēt spēku un izliet eļļu. Šiem mīkstajiem robotiem noteikti ir vajadzīgs kaut kāds pašatveseļošanās aspekts, kā tas jau ir daudziem mīkstajiem robotiem.
Efektīvi un izturīgi mīkstie roboti var būt ļoti noderīgi cilvēku dzīvē, jo tie var papildināt cilvēkus un strādāt ar tiem kā “sadarbības” roboti, nevis roboti, kas aizstāj cilvēkus. Arī tradicionālās roku protēzes varētu būt mīkstākas, patīkamākas un jūtīgākas. Šie pētījumi ir daudzsološi, un, ja varētu risināt lielo enerģijas pieprasījumu, tas var mainīt robotu nākotni to konstrukcijas un kustības ziņā.
***
{Jūs varat izlasīt oriģinālo pētījumu, noklikšķinot uz DOI saites, kas norādīta tālāk citēto avotu sarakstā}
Avots (-i)
1. Acome et al. 2018. gads. Hidrauliski pastiprināti pašdziedinoši elektrostatiskie izpildmehānismi ar muskuļiem līdzīgu veiktspēju. Zinātne. 359(6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris u.c. 2018. Peano-HASEL izpildmehānismi: Muskuļus imitējoši, elektrohidrauliskie devēji, kas lineāri saraujas aktivizējot. Zinātnes robotika. 3 (14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
