Moderni roboti mogu učiniti mnogo. Ali u isto vrijeme, oni su daleko od ljudske lakoće i gracioznosti pokreta. A krivnja je – nesavršeni umjetni mišići. Znanstvenici iz mnogih zemalja pokušavaju riješiti ovaj problem. Članak će biti posvećen kratkom pregledu njihovih nevjerojatnih izuma.
Polimerni mišići singapurskih znanstvenika
Korak prema više humanoidnih robota nedavno su napravili izumitelji s Nacionalnog sveučilišta u Singapuru. Danas, teške androide pokreću hidraulični sustavi. Značajan nedostatak potonjeg je mala brzina. Umjetni mišići za robote, koje su predstavili singapurski znanstvenici, omogućuju kiborzima ne samo da podižu predmete koji su 80 puta teži od njihove vlastite težine, već i da to rade jednako brzo kao i osoba.
Inovativni dizajn koji se proteže pet puta pomaže robotima da "zaobiđu" čak i mrave, za koje je poznato da mogu nositi predmete 20 puta teže od težine vlastitog tijela. Polimerni mišići imaju sljedeće prednosti:
- fleksibilnost;
- udarna snaga;
- elastičnost;
- sposobnost promjene oblika u nekoliko sekundi;
- sposobnost pretvaranja kinetičke energije u električnu energiju.
Međutim, znanstvenici neće stati na tome - planiraju stvoriti umjetne mišiće koji bi robotu omogućili da podigne teret 500 puta teži od njega!
Discovery s Harvarda - mišići od elektroda i elastomera
Izumitelji koji rade na Školi primijenjenih i inženjerskih znanosti na Sveučilištu Harvard predstavili su kvalitativno nove umjetne mišiće za takozvane "meke" robote. Prema znanstvenicima, njihova zamisao, koja se sastoji od mekog elastomera i elektroda, koje uključuju ugljične nanocijevi, po kvaliteti nije lošija od ljudskih mišića!
Svi roboti koji danas postoje, kao što je već spomenuto, temelje se na pogonima, čiji je mehanizam hidraulički ili pneumatski. Takvi sustavi se pokreću komprimiranim zrakom ili reakcijom kemikalija. Zbog toga je nemoguće konstruirati robota koji je mekan i brz kao čovjek. Znanstvenici s Harvarda eliminirali su ovaj nedostatak stvaranjem kvalitativno novog koncepta umjetnih mišića za robote.
Novi kiborg "mišić" je višeslojna struktura u kojoj elektrode nanocijevi stvorene u Clarkovom laboratoriju kontroliraju gornji i donji sloj fleksibilnih elastomera, zamisao znanstvenika sa Sveučilišta u Kaliforniji. Takvi mišićiidealno za "meke" androide i laparoskopske instrumente u kirurgiji.
Harvardski znanstvenici nisu se zaustavili na ovom prekrasnom izumu. Jedan od njihovih najnovijih razvoja je biorobot raža. Njegove komponente su stanice srčanog mišića štakora, zlato i silikon.
Izum Bauchmannove grupe: još jedna vrsta umjetnog mišića baziranog na ugljičnim nanocjevčicama
Daleke 1999. godine u australskom gradu Kirchbergu na 13. sastanku Međunarodne zimske škole o elektroničkim svojstvima inovativnih materijala, znanstvenik Ray Bauchman, koji radi u Allied Signalu i vodi međunarodnu istraživačku grupu, napravio je prezentacija. Njegov post je bio o izradi umjetnih mišića.
Programeri predvođeni Rayem Bauchmanom uspjeli su zamisliti ugljične nanocijevi u obliku listova nanopapira. Cijevi u ovom izumu bile su na sve moguće načine isprepletene i pomiješane jedna s drugom. Sam nanopapir je svojim izgledom podsjećao na običan papir - mogao se držati u rukama, rezati na trake i komade.
Eksperiment grupe bio je vrlo jednostavan na izgled - znanstvenici su pričvrstili komadiće nanopapira na različite strane ljepljive trake i spustili ovu strukturu u slanu električno vodljivu otopinu. Nakon uključivanja niskonaponske baterije izdužile su se obje nanotrake, posebice ona spojena na negativni pol električne baterije; zatim se papir sklupčao. Model umjetnih mišića je funkcionirao.
Sam Bauhman vjeruje da je njegov izum nakon kvalitativne modernizacijeznačajno će transformirati robotiku, jer takvi ugljični mišići, kada se savijaju/proširuju, stvaraju električni potencijal – proizvode energiju. Osim toga, takvi mišići su tri puta jači od ljudskih, mogu funkcionirati na ekstremno visokim i niskim temperaturama, koristeći za svoj rad nisku struju i napon. Sasvim ga je moguće koristiti za protetiku ljudskih mišića.
Sveučilište Teksasa: umjetni mišići napravljeni od ribarske linije i konca za šivanje
Jedan od najupečatljivijih je rad istraživačkog tima sa Sveučilišta Texas, koje se nalazi u Dallasu. Uspjela je nabaviti model umjetnih mišića, koji svojom snagom i snagom podsjeća na mlazni motor - 7,1 KS / kg! Takvi su mišići stotine puta jači i produktivniji od ljudskih. Ali najnevjerojatnije je to što su napravljene od primitivnih materijala - polimerne uže visoke čvrstoće i konca za šivanje.
Prehrana takvog mišića je temperaturna razlika. Omogućuje ga konac za šivanje obložen tankim slojem metala. Međutim, u budućnosti bi mišići robota mogli biti potaknuti promjenama temperature njihovog okoliša. Ovo svojstvo, usput rečeno, može se primijeniti na odjeću koja se prilagođava vremenskim uvjetima i druge slične uređaje.
Ako je polimer uvrnut u jednom smjeru, naglo će se skupiti kada se zagrije i brzo se rastegnuti kada se ohladi, a ako se uvije u suprotnom smjeru, bit će potpuno suprotno. Takav jednostavan dizajn može, na primjer, rotirati cjelokupni rotor brzinom od 10 tisuća okretaja / min. Plus takveumjetne mišiće s ribarske linije u tome što se mogu kontrahirati do 50% svoje izvorne duljine (ljudski samo 20%). Osim toga, odlikuje ih nevjerojatna izdržljivost - ovaj se mišić ne "umara" ni nakon milijun ponavljanja akcije!
Od Teksasa do Amura
Otkriće znanstvenika iz Dallasa inspiriralo je mnoge znanstvenike iz cijelog svijeta. Međutim, samo je jedan robotičar uspio uspješno ponoviti svoje iskustvo - Aleksandar Nikolajevič Semočkin, voditelj laboratorija informacijske tehnologije na Bjeloruskom državnom pedagoškom sveučilištu.
U početku je izumitelj strpljivo čekao nove članke u Scienceu o masovnoj implementaciji izuma američkih kolega. Budući da se to nije dogodilo, amurski znanstvenik odlučio je sa svojim istomišljenicima ponoviti prekrasno iskustvo i vlastitim rukama stvoriti umjetne mišiće od bakrene žice i užeta. Ali, nažalost, kopija nije bila održiva.
Inspiracija iz Skolkova
Povratak gotovo napuštenim eksperimentima Aleksandra Semočkina natjerala je slučajnost - znanstvenik je stigao na konferenciju o robotici u Skolkovu, gdje je upoznao istomišljenika iz Zelenograda, šefa tvrtke Neurobotics. Kako se ispostavilo, inženjeri ove tvrtke također su zauzeti stvaranjem mišića iz užeta, koji su prilično održivi.
Vrativši se u domovinu, Aleksandar Nikolajevič se s novom snagom bacio na posao. U mjesec i pol dana uspio je ne samo sastaviti izvodljive umjetne mišiće, već i stvoriti stroj za njihovo uvijanje, koji je napravio zavojnice od ribarske vrpcestrogo ponovljivo.
Umjetna muskulatura Blagovijesti
Za stvaranje mišića od pet centimetara, A. N. Semočkinu treba nekoliko metara žice i 20 cm obične ribarske linije. 3D tiskani stroj za "proizvodnju" mišića, inače, uvrće mišić za 10 minuta. Zatim se struktura stavi u pećnicu zagrijanu na +180 stupnjeva Celzija pola sata.
Takav mišić možete aktivirati uz pomoć električne struje - samo spojite njegov izvor na žicu. Kao rezultat toga, počinje se zagrijavati i prenositi svoju toplinu na ribarsku liniju. Potonji se rasteže ili skuplja - ovisno o vrsti mišića koji je uređaj uvrnuo.
Planovi izumitelja
Novi projekt Aleksandra Semočkina je "naučiti" stvorene mišiće da se brže vrate u prvobitno stanje. Tome može pomoći brzo hlađenje žice za napajanje - znanstvenik sugerira da će se takav proces brže odvijati pod vodom. Nakon što se dobije takav mišić, Iskanderus, antropomorfni robot Bjeloruskog državnog pedagoškog sveučilišta, postat će njegov prvi vlasnik.
Znanstvenik svoj izum ne čuva u tajnosti - objavljuje videozapise na YouTubeu, a planira napisati i članak s detaljnim uputama za izradu stroja koji uvija mišiće s užeta i žice.
Vrijeme ne stoji - umjetni mišići o kojima smo vam govorili već se koriste u kirurgiji endo- ilaparoskopske operacije. A u laboratoriju "Disney" sa svojim sudjelovanjem sastavili su funkcionalnu ruku.
