Në një përparim të madh në robotikë, robotët me muskuj 'të butë' të ngjashëm me njeriun janë projektuar me sukses për herë të parë. Robotë të tillë të butë mund të jenë një ndihmë për të dizajnuar robotë miqësorë për njerëzit në të ardhmen.
Robotët janë makineri të programueshme që përdoren në mënyrë rutinore në aplikime industriale, për shembull si pjesë e automatizimit, veçanërisht në prodhim, sepse janë projektuar të jenë të mirë në detyra të përsëritura që kërkojnë shumë forcë dhe fuqi. Robots ndërveprojnë me botën fizike nëpërmjet sensorëve dhe aktivizuesve në to dhe ato janë të riprogramueshme duke i bërë ato më të dobishme dhe fleksibël se makinat rutinë me një funksion. Është e qartë nga mënyra se si këta robotë janë projektuar për të bërë punën e tyre se lëvizjet e tyre janë jashtëzakonisht të ngurtë, ndonjëherë të vrullshme, të ngjashme me makinën dhe ato janë të rënda, imponuese dhe nuk janë të dobishme kur një detyrë e caktuar kërkon sasi të ndryshueshme force në kohë të ndryshme. pikë. Robotët janë gjithashtu ndonjëherë të rrezikshëm dhe mund të kenë nevojë për rrethime të sigurta pasi nuk janë të ndjeshëm ndaj mjedisit të tyre. Fusha e robotikës po eksploron një sërë disiplinash për të projektuar, ndërtuar, programuar dhe përdorur me efikasitet makina robotike në fusha të ndryshme të industrisë dhe teknologjisë mjekësore me kërkesa të ndryshme.
Në studimet e fundit të dyfishtë të udhëhequr nga Christoph Keplinger, studiuesit kanë përshtatur robotët me një klasë të re muskujsh që janë shumë të ngjashëm me muskujt tanë njerëzorë dhe ata posedojnë dhe projektojnë forcë dhe ndjeshmëri ashtu si ne. Ideja qendrore është të ofrohet më shumë "natyror” lëvizjet në makinë dmth robotët. 99.9 për qind e të gjithë robotëve sot janë makineri të ngurtë të bëra prej çeliku ose metali, ndërsa trupi biologjik është i butë, por ka aftësi të jashtëzakonshme. Këta robotë me muskuj 'të butë' ose 'më të vërtetë' mund të projektohen në mënyrë të përshtatshme për të kryer detyra rutinë dhe delikate (të cilat muskujt e njeriut i kryejnë në baza ditore), për shembull thjesht marrjen e një fruti të butë ose vendosjen e një veze brenda një shporte. Krahasuar me robotët tradicionalë, robotët e pajisur me 'muskujt artificialë' do të jenë si një version 'më të butë' të tyre dhe më të sigurt dhe më pas mund të personalizohen për të kryer pothuajse çdo detyrë në afërsi të njerëzve, duke sugjeruar disa aplikacione të mundshme që lidhen me dhe rreth jetës njerëzore. Robotët e butë mund të quhen robotë 'bashkëpunues', pasi ata do të jenë të dizajnuar në mënyrë unike për të kryer një detyrë të veçantë në një mënyrë shumë të ngjashme si njeriu.
Studiuesit janë përpjekur të krijojnë robotë me muskuj të butë. Një robot i tillë do të kërkojë një të butë muskul teknologjia për të imituar muskujt e njeriut dhe dy teknologji të tilla janë provuar nga studiuesit - aktivizuesit pneumatikë dhe aktivizuesit elastomer dielektrikë. 'Aktivizuesi' përcaktohet si pajisja aktuale që lëviz robotin, ose roboti tregon një lëvizje të veçantë. Në aktivizuesit pneumatikë, një qese e butë pompohet me gazra ose lëngje për të krijuar një lëvizje të veçantë. Ky është dizajn i thjeshtë, por ende i fuqishëm, megjithëse pompat janë jopraktike dhe kanë rezervuarë të rëndë. Teknologjia e dytë - aktivizuesit elastomer dielektrikë përdorin konceptin e aplikimit të një fushe elektrike nëpër një plastikë fleksibël izolues për ta deformuar atë dhe duke krijuar kështu një lëvizje. Këto dy teknologji më vete nuk kanë qenë ende të suksesshme, sepse kur një rrufe elektrike kalon nëpër plastikë, këto pajisje dështojnë keq dhe kështu nuk janë rezistente ndaj dëmtimeve mekanike.
Më shumë "njerëzor si” robotë me muskuj të ngjashëm
Në studimet binjake të raportuara në Shkencë1 Shkenca Robotikë2, studiuesit morën aspektet pozitive të dy teknologjive të disponueshme të muskujve të butë dhe krijuan një aktivizues të thjeshtë të ngjashëm me muskujt e butë që përdor energjinë elektrike për të ndryshuar lëvizjen e lëngjeve brenda qeseve të vogla. Këto qese polimer fleksibël përmbajnë një lëng izolues, për shembull një vaj të rregullt (vaj vegjetal ose vaj canola) nga supermarketi, ose çdo lëng i ngjashëm mund të përdoret. Pasi u aplikua voltazhi midis elektrodave të hidrogelit të vendosura midis dy anëve të qeskës, anët tërhiqeshin nga njëra-tjetra, ndodh spazma e vajit, duke shtrydhur lëngun në të dhe duke bërë që ai të rrjedhë brenda në qese. Ky tension krijon një tkurrje artificiale të muskujve dhe pasi të ndërpritet energjia elektrike, vaji relaksohet përsëri, duke imituar një artificial relaksim i muskujve. Aktivizuesi ndryshon formën në këtë mënyrë, dhe objekti i cili është i lidhur me aktivizuesin tregon një lëvizje. Prandaj, ky 'muskul artificial' tkurret dhe lirohet (përkulet) në çast në milisekonda në të njëjtën mënyrë dhe me të njëjtën saktësi dhe forcë të muskujve skeletorë të vërtetë të njeriut. Këto lëvizje madje mund të mposhtin shpejtësinë e reagimeve të muskujve të njeriut, sepse muskujt e njeriut komunikojnë njëkohësisht me trurin duke shkaktuar një vonesë, megjithëse të padukshme. Prandaj, përmes këtij dizajni, u arrit një sistem fluid i cili kishte kontroll të drejtpërdrejtë elektrik duke shfaqur shkathtësi dhe performancë të lartë.
Në studimin e parë1 in Shkencë, aktivizuesit ishin projektuar në formën e një donut dhe ata kishin aftësinë dhe shkathtësinë për të kapur dhe mbajtur një mjedër përmes një kapëse robotike (dhe jo duke shpërthyer frutat!). Dëmi i mundshëm i shkaktuar nga një rrufe elektrike kur kalonte përmes lëngut izolues (një problem i madh me aktivizuesit e projektuar më parë) u kujdes gjithashtu në modelin aktual dhe çdo dëmtim elektrik u vetë-shërua ose riparohej menjëherë nga i ri. rrjedhja e lëngut në pjesën e 'dëmtuar' nëpërmjet një procesi të thjeshtë rishpërndarjeje. Kjo i atribuohet përdorimit të materialit të lëngshëm, i cili është më elastik, në vend të një shtrese solide izoluese të përdorur në shumë dizajne të mëparshme dhe që u dëmtua menjëherë. Në këtë proces, muskuli artificial i mbijetoi më shumë se një milion cikleve të tkurrjes. Ky aktivizues i veçantë, duke qenë në formë donuti, ishte lehtësisht në gjendje të zgjidhte një mjedër. Në mënyrë të ngjashme, duke përshtatur formën e këtyre qeskave elastike, studiuesit krijuan një gamë të gjerë aktivizuesish me lëvizje unike, për shembull, duke marrë një vezë të brishtë me saktësi dhe forcë të saktë të kërkuar. Këta muskuj fleksibël janë quajtur si "aktues elektrostatikë vetë-shërues të përforcuar hidraulikisht", ose aktivizues HASEL. Në një studim të dytë2 botuar në Shkenca RobotikëI njëjti ekip krijoi më tej dy modele të tjera të muskujve të butë të cilët tkurren në mënyrë lineare, shumë të ngjashme me një bicep të njeriut, duke pasur kështu aftësinë për të ngritur në mënyrë të përsëritur objekte më të rënda se pesha e tyre.
A Mendimi i përgjithshëm është se duke qenë se robotët janë makina, kështu që ata me siguri duhet të kenë një avantazh ndaj njerëzve, por, kur bëhet fjalë për aftësitë mahnitëse që na ofrojnë muskujt tanë, mund të thuhet thjesht se robotët zbehen në krahasim. Muskuli i njeriut është jashtëzakonisht i fuqishëm dhe truri ynë ka një kontroll të jashtëzakonshëm mbi muskujt tanë. Kjo është arsyeja pse muskujt e njeriut janë të aftë të kryejnë detyra të ndërlikuara me saktësi, p.sh. të shkruarit. Muskujt tanë kontraktohen dhe relaksohen në mënyrë të përsëritur kur bëjmë një detyrë të rëndë dhe thuhet se ne në fakt përdorim vetëm rreth 65 përqind të aftësisë së muskujve tanë dhe ky kufi përcaktohet kryesisht nga të menduarit tonë. Nëse mund të imagjinojmë një robot që ka muskuj të butë si njeriu, forca dhe aftësitë do të ishin të mëdha. Këto studime shihen si hapi i parë për të zhvilluar një aktivizues i cili mund të arrijë një ditë të mundshme aftësitë e mëdha të muskujve realë biologjikë.
Robotikë 'e butë' me kosto efektive
Autorët thonë se materialet si qeskat e polimerit me patate të skuqura, vaji dhe madje edhe elektrodat janë të lira dhe të disponueshme duke marrë koston në vetëm 0.9 USD (ose 10 cent). Kjo është inkurajuese për njësitë aktuale të prodhimit industrial dhe për kërkuesit për të çuar më tej ekspertizën e tyre. Materialet me kosto të ulët janë të shkallëzueshme dhe të pajtueshme me praktikat aktuale të industrisë dhe pajisje të tilla mund të përdoren për një sërë aplikacionesh si pajisjet protetike, ose si shoqërues njerëzor. Ky është një aspekt veçanërisht interesant, pasi termi robotikë barazohet gjithmonë me kosto të larta. Një pengesë e lidhur me një muskul të tillë artificial është sasia e lartë e energjisë elektrike që kërkohet për funksionimin e tij dhe ka gjithashtu shanse të digjet nëse roboti rezervon shumë nga fuqia e tij. Robotët e butë janë shumë më delikat se homologët e tyre tradicionalë të robotëve duke e bërë dizajnin e tyre më sfidues, për shembull, mundësitë e shpimit, humbjes së fuqisë dhe derdhjes së vajit. Këta robotë të butë patjetër që kanë nevojë për një lloj aspekti vetë-shërues, siç kanë tashmë shumë robotë të butë.
Robotët e butë efiçent dhe të fuqishëm mund të jenë shumë të dobishëm në jetën e njerëzve pasi mund të plotësojnë njerëzit dhe të punojnë me ta si robotë "bashkëpunues" dhe jo robotë që zëvendësojnë njerëzit. Gjithashtu, krahët tradicionale protetike mund të jenë më të buta, të këndshme dhe të ndjeshme. Këto studime janë premtuese dhe nëse kërkesa e lartë për energji mund të trajtohet, ajo ka potencialin të revolucionarizojë të ardhmen e robotëve për sa i përket dizajnit të tyre dhe mënyrës se si lëvizin.
***
{Mund të lexoni punimin origjinal kërkimor duke klikuar lidhjen DOI të dhënë më poshtë në listën e burimeve të cituara}
Burimi (s)
1. Acome et al. 2018. Aktivizues elektrostatikë vetë-shërues të përforcuar hidraulikisht me performancë të ngjashme me muskujt. Shkenca. 359 (6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris et al. 2018. Aktivizuesit Peano-HASEL: Transduktorë muskulor-mimetikë, elektrohidraulikë që kontraktohen në mënyrë lineare gjatë aktivizimit. Shkenca Robotikë. 3 (14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
