Moderne robotar kan göra mycket. Men samtidigt är de långt ifrån mänsklig lätthet och nåd av rörelser. Och felet är - ofullkomliga konstgjorda muskler. Forskare från många länder försöker lösa detta problem. Artikeln kommer att ägnas åt en kort översikt över deras fantastiska uppfinningar.
Polymermuskler från Singapore-forskare
Ett steg mot mer humanoida robotar togs nyligen av uppfinnare från National University of Singapore. Idag drivs tunga androider av hydrauliska system. En betydande nackdel med det senare är låg hastighet. Konstgjorda muskler för robotar, presenterade av singaporeanska forskare, tillåter cyborgs inte bara att lyfta föremål som är 80 gånger tyngre än sin egen vikt, utan också att göra det så snabbt som en person.
En innovativ design som sträcker sig fem gånger i längd hjälper robotar att "ta sig runt" även myror, som är kända för att kunna bära föremål som är 20 gånger tyngre än vikten av deras egna kroppar. Polymermuskler har följande fördelar:
- flexibility;
- slående styrka;
- elasticity;
- förmågan att ändra sin form på några sekunder;
- förmågan att omvandla kinetisk energi till elektrisk energi.
Forskarna kommer dock inte att sluta där – de planerar att skapa konstgjorda muskler som gör att roboten kan lyfta en last som är 500 gånger tyngre än han själv!
Upptäckt från Harvard - muskler från elektroder och elastomer
Uppfinnare som arbetar vid School of Applied and Engineering Sciences vid Harvard University har presenterat kvalitativt nya konstgjorda muskler för de så kallade "mjuka" robotarna. Enligt forskare är deras idé, bestående av en mjuk elastomer och elektroder, som inkluderar kolnanorör, inte sämre i kvalitet än mänskliga muskler!
Alla robotar som finns idag är, som redan nämnts, baserade på drivningar, vars mekanism är hydraulik eller pneumatik. Sådana system drivs av tryckluft eller reaktion av kemikalier. Detta gör det omöjligt att konstruera en robot som är lika mjuk och snabb som en människa. Harvard-forskare har eliminerat denna brist genom att skapa ett kvalitativt nytt koncept med konstgjorda muskler för robotar.
Den nya cyborg-"muskeln" är en struktur i flera lager där nanorörselektroder skapade i Clarks labb kontrollerar de övre och nedre skikten av flexibla elastomerer, skapat av forskare från University of California. Sådana muskleridealisk för både "mjuka" androider och laparoskopiska instrument inom kirurgi.
Harvard-forskare stannade inte vid denna underbara uppfinning. En av deras senaste utvecklingar är en stingray-biorobot. Dess komponenter är hjärtmuskelceller från råtta, guld och silikon.
Uppfinningen av Bauchmann-gruppen: en annan typ av konstgjord muskel baserad på kolnanorör
Tillbaka 1999 i den australiensiska staden Kirchberg vid det 13:e mötet i International Winter School on the Electronic Properties of Innovative Materials, gjorde vetenskapsmannen Ray Bauchman, som arbetar på Allied Signal och leder en internationell forskargrupp, en presentation. Hans inlägg handlade om att göra konstgjorda muskler.
Utvecklare ledda av Ray Bauchman kunde föreställa sig kolnanorör i form av ark av nanopapper. Rören i denna uppfinning var på alla möjliga sätt sammanflätade och blandade med varandra. Själva nanopappret liknade vanligt papper till sitt utseende - det kunde hållas i händerna, skäras i remsor och bitar.
Gruppens experiment var väldigt enkelt till utseendet - forskare fäste bitar av nanopapper på olika sidor av tejpen och sänkte denna struktur till en s alt elektriskt ledande lösning. Efter att lågspänningsbatteriet slagits på förlängdes båda nanoremsorna, speciellt den som var kopplad till det elektriska batteriets negativa pol; sedan rullade papperet ihop sig. Den artificiella muskelmodellen fungerade.
Bauhman själv tror att hans uppfinning efter en kvalitativ moderniseringkommer att avsevärt omvandla robotik, eftersom sådana kolmuskler, när de böjs/förlängs, skapar en elektrisk potential - de producerar energi. Dessutom är sådana muskler tre gånger starkare än människor, kan fungera vid extremt höga och låga temperaturer, med låg ström och spänning för sitt arbete. Det är fullt möjligt att använda det för proteser av mänskliga muskler.
University of Texas: konstgjorda muskler gjorda av fiskelina och sytråd
En av de mest slående är arbetet av en forskargrupp från University of Texas, som ligger i Dallas. Hon lyckades få en modell av konstgjorda muskler, i sin styrka och kraft som påminner om en jetmotor - 7,1 hk / kg! Sådana muskler är hundratals gånger starkare och mer produktiva än mänskliga. Men det mest fantastiska här är att de konstruerades av primitiva material - höghållfast polymer fiskelina och sytråd.
Näringen av en sådan muskel är en temperaturskillnad. Den tillhandahålls av en sytråd belagd med ett tunt lager av metall. Men i framtiden kan robotarnas muskler drivas av förändringar i temperaturen i deras omgivning. Den här egenskapen kan för övrigt mycket väl tillämpas på väderanpassande kläder och andra liknande enheter.
Om polymeren vrids åt ena hållet kommer den att krympa kraftigt vid upphettning och snabbt sträckas när den kyls, och om den vrids i motsatt riktning blir den helt motsatt. En sådan enkel design kan till exempel rotera en total rotor med en hastighet av 10 tusen varv / min. Plus sådantkonstgjorda muskler från fiskelina genom att de kan dra ihop sig upp till 50 % av sin ursprungliga längd (mänskliga endast med 20 %). Dessutom kännetecknas de av fantastisk uthållighet - den här muskeln "tröttes" inte ens efter en miljon repetitioner av handlingen!
Från Texas till Amur
Upptäckten av forskare från Dallas har inspirerat många forskare från hela världen. Men bara en robotist lyckades upprepa sin erfarenhet - Alexander Nikolaevich Semochkin, chef för informationsteknologilaboratoriet vid Belarusian State Pedagogical University.
Först väntade uppfinnaren tålmodigt på nya artiklar i Science om massimplementeringen av amerikanska kollegors uppfinning. Eftersom detta inte hände beslutade Amur-forskaren med sina likasinnade att upprepa den underbara upplevelsen och skapa konstgjorda muskler från koppartråd och fiskelina med sina egna händer. Men tyvärr var kopian inte lönsam.
Inspiration från Skolkovo
Återgå till nästan övergivna experiment Alexander Semochkin tvingades av en slump - vetenskapsmannen tog sig till en robotkonferens i Skolkovo, där han träffade en likasinnad person från Zelenograd, chefen för Neurobotics-företaget. Det visade sig att det här företagets ingenjörer också är upptagna med att skapa muskler från fiskelinor, som är ganska livskraftiga.
Alexander Nikolaevich återvände till sitt hemland och började arbeta med förnyad kraft. På en och en halv månad kunde han inte bara sätta ihop fungerande konstgjorda muskler, utan också skapa en maskin för att vrida dem, som gjorde spolar av fiskelinastrikt repeterbar.
Annunciation artificiell muskulatur
För att skapa en fem centimeters muskel behöver A. N. Semochkin flera meter tråd och 20 cm vanlig fiskelina. En 3D-printad muskel "produktion" maskin, förresten, vrider en muskel på 10 minuter. Sedan placeras strukturen i en ugn uppvärmd till +180 grader Celsius i en halvtimme.
Du kan aktivera en sådan muskel med hjälp av elektrisk ström - anslut bara dess källa till tråden. Som ett resultat börjar den värmas upp och överföra sin värme till fiskelinan. Den senare sträcks eller dras ihop - beroende på vilken typ av muskel som enheten vridit.
Uppfinnarens planer
Alexander Semochkins nya projekt är att "lära" de skapade musklerna att snabbare återgå till sitt ursprungliga tillstånd. Detta kan hjälpas av den snabba kylningen av strömkabeln - vetenskapsmannen föreslår att en sådan process kommer att ske snabbare under vatten. Efter att en sådan muskel har erhållits kommer Iskanderus, en antropomorf robot från Belarusian State Pedagogical University, att bli dess första ägare.
Forskaren håller inte sin uppfinning hemlig – han lägger upp videor på YouTube och planerar även att skriva en artikel med detaljerade instruktioner för att skapa en maskin som vrider muskler från fiskelina och tråd.
Tiden står inte stilla - de konstgjorda musklerna som vi berättade om används redan vid operation för endo- ochlaparoskopiska operationer. Och i laboratoriet "Disney" med deras deltagande samlade de en fungerande hand.
