A modern robotok sok mindenre képesek. Ugyanakkor távol állnak az emberi könnyedségtől és a mozdulatok kecsességétől. És a hiba a tökéletlen mesterséges izmok. Számos ország tudósai próbálják megoldani ezt a problémát. A cikket elképesztő találmányaik rövid áttekintésének szenteljük.
Polymer izmok szingapúri tudósoktól
A Szingapúri Nemzeti Egyetem feltalálói nemrégiben tettek egy lépést a humanoid robotok felé. Ma a nehézsúlyú androidokat hidraulikus rendszerek hajtják. Ez utóbbi jelentős hátránya az alacsony sebesség. A szingapúri tudósok által bemutatott mesterséges izmok robotok számára lehetővé teszik a kiborgok számára, hogy ne csak a saját súlyuknál 80-szor nehezebb tárgyakat emeljenek fel, hanem azt is, hogy ezt olyan gyorsan megtegyék, mint egy ember.
Az ötszörösére nyúló innovatív kialakítás segít a robotoknak "megkerülni" még a hangyákat is, amelyekről ismert, hogy a saját testük súlyánál 20-szor nehezebb tárgyakat képesek szállítani. A polimer izmoknak a következő előnyei vannak:
- rugalmasság;
- feltűnő erő;
- rugalmasság;
- az alakja néhány másodperc alatti megváltoztatásának képessége;
- a mozgási energia elektromos energiává alakításának képessége.
A tudósok azonban nem állnak meg itt – olyan mesterséges izmokat terveznek létrehozni, amelyek lehetővé teszik, hogy a robot magánál 500-szor nehezebb terhet emeljen fel!
Felfedezés a Harvardról – izmok elektródákból és elasztomerből
A Harvard Egyetem Alkalmazott és Műszaki Tudományok Iskolájában dolgozó feltalálók minőségileg új mesterséges izmokat mutattak be az úgynevezett "puha" robotok számára. A tudósok szerint a puha elasztomerből és szén nanocsöveket is magában foglaló elektródákból álló ötletük minőségében nem rosszabb, mint az emberi izmok!
Minden ma létező robot, mint már említettük, hajtásokon alapul, amelyek mechanizmusa hidraulika vagy pneumatika. Az ilyen rendszereket sűrített levegő vagy vegyi anyagok reakciója táplálja. Ez lehetetlenné teszi olyan robot megalkotását, amely olyan puha és gyors, mint egy ember. A harvardi tudósok kiküszöbölték ezt a hiányosságot azáltal, hogy minőségileg új koncepciót alkottak a mesterséges izmok robotok számára.
Az új kiborg "izom" egy többrétegű szerkezet, amelyben a Clark laboratóriumában létrehozott nanocső elektródák irányítják a rugalmas elasztomerek felső és alsó rétegét, a Kaliforniai Egyetem tudósainak ötlete. Az ilyen izmokideális mind a "puha" androidokhoz, mind a sebészeti laparoszkópos műszerekhez.
A harvardi tudósok nem álltak meg ennél a csodálatos találmánynál. Egyik legújabb fejlesztésük egy rája biorobot. Összetevői patkány szívizomsejtek, arany és szilikon.
A Bauchmann-csoport találmánya: a szén nanocsöveken alapuló mesterséges izom egy másik típusa
Még 1999-ben az ausztrál Kirchberg városában, az Innovatív Anyagok Elektronikus Tulajdonságai Nemzetközi Téli Iskola 13. ülésén Ray Bauchman tudós, aki az Allied Signalnál dolgozik és egy nemzetközi kutatócsoportot vezet, készített egy bemutatás. A posztja a mesterséges izmok készítéséről szólt.
A Ray Bauchman vezette fejlesztők el tudták képzelni a szén nanocsöveket nanopapír lapok formájában. A találmány szerinti csöveket minden lehetséges módon összefonták és összekeverték egymással. Maga a nanopapír megjelenésében a közönséges papírra hasonlított – kézben lehetett tartani, csíkokra és darabokra vágni.
A csoport kísérlete nagyon egyszerűnek tűnt – a tudósok nanopapír darabokat ragasztottak a ragasztószalag különböző oldalaira, és ezt a szerkezetet sós, elektromosan vezető oldattá süllyesztették. A kisfeszültségű akkumulátor bekapcsolása után mindkét nanocsík megnyúlt, különösen az, amelyik az elektromos akkumulátor negatív pólusához csatlakozik; majd a papír felkunkorodott. A mesterséges izommodell működött.
Bauhman maga is úgy véli, hogy találmánya minőségi modernizálás utánjelentősen átalakítja a robotikát, mert az ilyen szénizmok hajlításkor/kinyújtva elektromos potenciált hoznak létre - energiát termelnek. Ezenkívül az ilyen izmok háromszor erősebbek, mint az ember, rendkívül magas és alacsony hőmérsékleten is működhetnek, alacsony áramot és feszültséget használva munkájukhoz. Teljesen lehetséges emberi izmok protetikázására használni.
Texasi Egyetem: damilból és varrócérnából készült mesterséges izmok
Az egyik legszembetűnőbb a Texasi Egyetem kutatócsoportjának munkája, amely Dallasiban található. Sikerült egy mesterséges izmok modelljét szereznie, amelynek erejében és erejében egy sugárhajtóműre emlékeztet - 7,1 LE / kg! Az ilyen izmok több százszor erősebbek és termelékenyebbek, mint az emberi izmok. De a legcsodálatosabb itt az, hogy primitív anyagokból készültek – nagy szilárdságú polimer horgászzsinórból és varrócérnából.
Egy ilyen izom táplálkozása hőmérséklet-különbség. Egy vékony fémréteggel bevont varrócérna biztosítja. A jövőben azonban a robotok izmait a környezetük hőmérsékletének változása táplálhatja. Ez a tulajdonság egyébként jól alkalmazható az időjáráshoz alkalmazkodó ruházatra és más hasonló eszközökre.
Ha a polimert egy irányba csavarják, hevítéskor erősen zsugorodik, lehűtve pedig gyorsan megnyúlik, ellenkező irányba csavarva pedig teljesen ellentétes lesz. Egy ilyen egyszerű kialakítás például egy teljes rotort 10 ezer fordulat / perc sebességgel forgathat. Plusz ilyenmesterséges izmok a horgászzsinórból, mivel azok eredeti hosszuk 50%-áig képesek összehúzódni (emberileg csak 20%-kal). Ezen túlmenően elképesztő állóképesség jellemzi őket – ez az izom nem „fárad el” még milliónyi akcióismétlés után sem!
Texasból Amurba
A dallasi tudósok felfedezése sok tudóst inspirált a világ minden tájáról. Azonban csak egy robotikusnak sikerült sikeresen megismételnie tapasztalatát - Alekszandr Nyikolajevics Szemocskinnak, a Fehérorosz Állami Pedagógiai Egyetem informatikai laboratóriumának vezetőjének.
A feltaláló eleinte türelmesen várta a Science új cikkeit az amerikai kollégák találmányának tömeges megvalósításáról. Mivel ez nem történt meg, az amuri tudós hasonló gondolkodású embereivel úgy döntött, hogy megismétlik a csodálatos élményt, és saját kezűleg mesterséges izmokat hoznak létre rézhuzalból és damilból. De sajnos a másolat nem volt életképes.
Ihlet Szkolkovóból
Vissza a szinte félbehagyott kísérletekhez Alekszandr Szemocskint a véletlen kényszerítette – a tudós egy skolkovói robotikai konferenciára került, ahol találkozott egy zelenográdi hasonszőrű emberrel, a Neurobotics cég vezetőjével. Mint kiderült, ennek a cégnek a mérnökei is azzal vannak elfoglalva, hogy damilokból izmokat hozzanak létre, amelyek elég életképesek.
Hazájába visszatérve Alekszandr Nyikolajevics újult erővel fogott hozzá a munkához. Másfél hónap alatt nemcsak működőképes mesterséges izmokat tudott összerakni, hanem egy csavaró gépet is alkotott, amiből tekercseket készített damilból.szigorúan megismételhető.
Angyali üdvözlet mesterséges izomzat
Öt centiméteres izom létrehozásához A. N. Semochkinnek több méter drótra és 20 cm-es közönséges damilra van szüksége. Egy 3D-nyomtatott izom "gyártó" gép egyébként 10 perc alatt kicsavar egy izmot. Ezután a szerkezetet +180 Celsius fokra felmelegített sütőbe helyezzük fél órára.
Egy ilyen izmot elektromos áram segítségével aktiválhat – csak csatlakoztassa a forrását a vezetékhez. Ennek eredményeként elkezd felmelegedni, és hőjét átadja a damilnak. Ez utóbbit nyújtják vagy összehúzzák – attól függően, hogy az eszköz milyen izomzatot csavart.
Feltalálói tervek
Alexander Szemocskin új projektje az, hogy a létrehozott izmokat "megtanítsa" gyorsabban visszatérni eredeti állapotukba. Ezen segíthet a tápvezeték gyors lehűtése – a tudós szerint egy ilyen folyamat gyorsabban megy végbe víz alatt. Egy ilyen izom megszerzése után az Iskanderus, a Fehérorosz Állami Pedagógiai Egyetem antropomorf robotja lesz az első tulajdonosa.
A tudós nem titkolja találmányát – videókat tesz közzé a YouTube-on, és azt is tervezi, hogy ír egy cikket részletes utasításokkal egy olyan gép létrehozásához, amely damilból és drótból csavarja az izmokat.
Az idő nem áll meg – a mesterséges izmokat, amelyekről meséltünk, már használják az endo- és a műtéteknéllaparoszkópos műtétek. A „Disney” laboratóriumban pedig az ő részvételükkel összeállítottak egy működő kezet.
