Šiuolaikiniai robotai gali daug. Tačiau tuo pat metu jie toli nuo žmogiško judesių lengvumo ir grakštumo. O k altė – netobuli dirbtiniai raumenys. Daugelio šalių mokslininkai bando išspręsti šią problemą. Straipsnis bus skirtas trumpai jų nuostabių išradimų apžvalgai.
Polimeriniai raumenys iš Singapūro mokslininkų
Neseniai Singapūro nacionalinio universiteto išradėjai žengė žingsnį link humanoidinių robotų. Šiandien sunkiasvorius androidus varo hidraulinės sistemos. Reikšmingas pastarųjų trūkumas – mažas greitis. Singapūro mokslininkų pristatyti dirbtiniai robotams skirti raumenys leidžia kiborgams ne tik pakelti daiktus, kurie yra 80 kartų sunkesni už jų pačių svorį, bet ir tai padaryti taip pat greitai, kaip ir žmogus.
Novatoriškas dizainas, kuris ištempiamas penkis kartus, padeda robotams „apeiti“net skruzdėles, kurios, kaip žinoma, gali nešti daiktus, 20 kartų sunkesnius už savo kūno svorį. Polimeriniai raumenys turi šiuos privalumus:
- lankstumas;
- stulbinanti jėga;
- elastingumas;
- galimybė pakeisti formą per kelias sekundes;
- gebėjimas kinetinę energiją paversti elektros energija.
Tačiau mokslininkai tuo nesiruošia sustoti – jie planuoja sukurti dirbtinius raumenis, kurie leistų robotui pakelti 500 kartų sunkesnį už jį patį krovinį!
Atradimas iš Harvardo – raumenys iš elektrodų ir elastomero
Išradėjai, dirbantys Harvardo universiteto taikomųjų ir inžinerinių mokslų mokykloje, pristatė kokybiškai naujus dirbtinius raumenis, skirtus vadinamiesiems „minkštiesiems“robotams. Pasak mokslininkų, jų smegenys, sudarytos iš minkšto elastomero ir elektrodų, tarp kurių yra anglies nanovamzdeliai, savo kokybe nenusileidžia žmogaus raumenims!
Visi šiandien egzistuojantys robotai, kaip jau minėta, yra paremti pavaromis, kurių mechanizmas yra hidraulika arba pneumatika. Tokios sistemos maitinamos suslėgto oro arba cheminių medžiagų reakcijos pagalba. Dėl to neįmanoma sukonstruoti roboto, kuris būtų minkštas ir greitas kaip žmogus. Harvardo mokslininkai pašalino šį trūkumą sukūrę kokybiškai naują robotams skirtų dirbtinių raumenų koncepciją.
Naujasis kiborgo „raumenys“yra daugiasluoksnė struktūra, kurioje Clarko laboratorijoje sukurti nanovamzdelių elektrodai valdo viršutinį ir apatinį lanksčių elastomerų sluoksnius – Kalifornijos universiteto mokslininkų idėja. Tokie raumenysidealiai tinka tiek „minkštiesiems“androidams, tiek laparoskopiniams instrumentams chirurgijoje.
Harvardo mokslininkai nesustojo ties šiuo nuostabiu išradimu. Vienas iš naujausių jų pasiekimų yra erškėčio biorobotas. Jo komponentai yra žiurkės širdies raumens ląstelės, auksas ir silikonas.
Bauchmanno grupės išradimas: dar vienas dirbtinių raumenų tipas, pagrįstas anglies nanovamzdeliais
Dar 1999 m. Australijos Kirchbergo mieste 13-ajame Tarptautinės žiemos mokyklos dėl naujoviškų medžiagų elektroninių savybių susitikime mokslininkas Ray'us Bauchmanas, dirbantis „Allied Signal“ir vadovaujantis tarptautinei tyrimų grupei, padarė pranešimą. pristatymas. Jo įrašas buvo apie dirbtinių raumenų formavimą.
Ray Bauchman vadovaujami kūrėjai sugebėjo įsivaizduoti anglies nanovamzdelius nanopopieriaus lakštų pavidalu. Šio išradimo vamzdžiai buvo visais įmanomais būdais susipynę ir sumaišyti vienas su kitu. Pats nanopopierius savo išvaizda priminė įprastą popierių – jį buvo galima laikyti rankose, supjaustyti juostelėmis ir gabalėliais.
Grupės eksperimentas atrodė labai paprastas – mokslininkai nanopopieriaus gabaliukus pritvirtino prie skirtingų lipnios juostos pusių ir paleido šią konstrukciją į sūrų elektrai laidžių tirpalą. Įjungus žemos įtampos akumuliatorių, pailgėjo abi nanojuostelės, ypač ta, kuri prijungta prie neigiamo elektros akumuliatoriaus poliaus; tada popierius susirietė. Dirbtinis raumenų modelis veikė.
Pats Bauhmanas mano, kad jo išradimas po kokybiško modernizavimoženkliai transformuos robotiką, nes tokie anglies raumenys sulenkti/ištempti sukuria elektrinį potencialą – gamina energiją. Be to, tokie raumenys yra tris kartus stipresni už žmogaus, gali funkcionuoti itin aukštoje ir žemoje temperatūroje, savo darbui naudodami žemą srovę ir įtampą. Jį visiškai įmanoma naudoti žmogaus raumenų protezavimui.
Teksaso universitetas: dirbtiniai raumenys, pagaminti iš meškerės ir siuvimo siūlų
Vienas ryškiausių yra Teksaso universiteto, esančio Dalase, tyrimų grupės darbas. Jai pavyko gauti dirbtinių raumenų modelį, savo jėga ir galia primenantį reaktyvinį variklį – 7,1 AG/kg! Tokie raumenys šimtus kartų stipresni ir produktyvesni nei žmogaus. Tačiau nuostabiausia tai, kad jie buvo pagaminti iš primityvių medžiagų – didelio stiprumo polimerinės meškerės ir siuvimo siūlų.
Tokio raumens mityba yra temperatūrų skirtumas. Jį suteikia plonu metalo sluoksniu padengtas siuvimo siūlas. Tačiau ateityje robotų raumenis gali pamaitinti jų aplinkos temperatūros pokyčiai. Ši savybė, beje, gali būti pritaikyta prie oro sąlygų prisitaikantiems drabužiams ir kitiems panašiems įrenginiams.
Jei polimeras susuktas į vieną pusę, kaitinant jis smarkiai susitrauks, o vėsdamas greitai išsitemps, o susukus į priešingą pusę – visiškai priešingai. Tokia paprasta konstrukcija, pavyzdžiui, gali pasukti bendrą rotorių 10 tūkstančių apsisukimų per minutę greičiu. Plius tokiedirbtiniai raumenys nuo meškerės, nes jie gali susitraukti iki 50% savo pradinio ilgio (žmogaus tik 20%). Be to, jie išsiskiria nuostabia ištverme – šis raumuo „nepavargsta“net po milijono veiksmo pakartojimų!
Nuo Teksaso iki Amūro
Dalaso mokslininkų atradimas įkvėpė daug mokslininkų iš viso pasaulio. Tačiau sėkmingai pakartoti savo patirtį pavyko tik vienam robotistui – B altarusijos valstybinio pedagoginio universiteto informacinių technologijų laboratorijos vedėjui Aleksandrui Nikolajevičiui Semočkinui.
Iš pradžių išradėjas kantriai laukė naujų straipsnių žurnale Science apie masinį amerikiečių kolegų išradimo įgyvendinimą. Kadangi taip neįvyko, Amūro mokslininkas su bendraminčiais nusprendė pakartoti nuostabią patirtį ir savo rankomis iš varinės vielos bei meškerės sukurti dirbtinius raumenis. Bet, deja, kopija nebuvo tinkama.
Įkvėpimas iš Skolkovo
Grįžti į beveik apleistus eksperimentus Aleksandrą Semočkiną privertė atsitiktinumas – mokslininkas pateko į robotikos konferenciją Skolkovo mieste, kur susipažino su bendraminčiu iš Zelenogrado, bendrovės „Neurobotics“vadovu. Kaip paaiškėjo, šios įmonės inžinieriai taip pat yra užsiėmę raumenų kūrimu iš meškerės valų, kurie yra gana gyvybingi.
Grįždamas į tėvynę Aleksandras Nikolajevičius ėmėsi darbo su nauja jėga. Per pusantro mėnesio jis sugebėjo ne tik surinkti darbingus dirbtinius raumenis, bet ir sukurti jų sukimo mašiną, kuri gamino meškerės ritinius.griežtai pakartojama.
Pareiškimo dirbtiniai raumenys
Norint sukurti penkių centimetrų raumenį, A. N. Semočkinui reikia kelių metrų vielos ir 20 cm paprastos meškerės. 3D atspausdinta raumenų „gamybos“mašina, beje, raumenį susuka per 10 minučių. Tada konstrukcija pusvalandžiui dedama į orkaitę, įkaitintą iki +180 laipsnių Celsijaus.
Tokį raumenį galite suaktyvinti elektros srovės pagalba – tiesiog prijunkite jo š altinį prie laido. Dėl to jis pradeda kaisti ir perduoti šilumą žvejybos linijai. Pastarasis yra ištemptas arba sutrauktas – priklausomai nuo raumenų tipo, kurį prietaisas susuko.
Išradėjo planai
Naujas Aleksandro Semočkino projektas – „išmokyti“sukurtus raumenis greičiau grįžti į pradinę būseną. Tam gali padėti greitas maitinimo laido aušinimas – mokslininkas siūlo, kad po vandeniu toks procesas vyks greičiau. Gavus tokį raumenį, pirmuoju jo savininku taps B altarusijos valstybinio pedagoginio universiteto antropomorfinis robotas Iskanderus.
Mokslininkas neslepia savo išradimo – jis skelbia vaizdo įrašus „YouTube“, taip pat planuoja parašyti straipsnį su išsamiomis instrukcijomis, kaip sukurti mašiną, kuri suka raumenis iš meškerės ir vielos.
Laikas nestovi vietoje – dirbtiniai raumenys, apie kuriuos kalbėjome, jau naudojami chirurgijoje endo- irlaparoskopinės operacijos. O „Disney“laboratorijoje su jų dalyvavimu jie surinko veikiančią ranką.
