Като голям напредък в роботиката, за първи път успешно са проектирани роботи с „меки“ човешки мускули. Такива меки роботи могат да бъдат благодат за проектиране на подходящи за хората роботи в бъдеще.
Robots are programmable machines that are routinely used in industrial applications, example as part of automation, especially manufacturing because they are designed to be good at repetitive tasks which require a lot of strength and power. роботи interact with the physical world via sensors and actuators in them and they are reprogrammable making them more useful and flexible than routine single-function machines. It is obvious from the way these robots are designed to do the job that their motions are extremely rigid, sometimes jerky, machine-like and they are heavy, imposing and they are not useful when a particular task requires variable amounts of force at different time points. Robots are also sometimes dangerous and might need secure enclosures as they are not sensitive to their surroundings. The field of robotics is exploring a variety of disciplines to design, build, program and efficiently use robotic machines in various areas of industry and medical technology with different requirements.
In recent twin studies led by Christoph Keplinger, researchers have fit robots with a new class of muscles which are very similar to our human muscles and they possess and project strength and sensitivity just like we do. The central idea is to provide more “естествен” movements to the machine i.e. robots. 99.9 percent of all robots today are rigid machines made out of steel or metal, whereas a biological body is soft but has incredible capabilities. These robots with ‘soft’ or ‘more real’ muscles can be suitably designed to perform routine and delicate tasks (which human muscles perform on a daily basis), for example just picking up a soft fruit or placing an egg inside a basket. Compared to traditional robots, robots fitted with ‘изкуствени мускули“ ще бъдат като „по-меки” версии на себе си и по-безопасни и след това могат да бъдат персонализирани да изпълняват почти всяка задача в близост до хора, което предполага няколко възможни приложения, свързани с и около човешкия живот. Меките роботи могат да се наричат „съвместни“ роботи, тъй като те ще бъдат уникално проектирани да изпълняват конкретна задача по много подобен начин като човек.
Изследователите се опитват да създадат роботи с меки мускули. Такъв робот ще изисква мека мускул технология за имитиране на човешки мускули и две такива технологии са изпробвани от изследователи – пневматични задвижващи механизми и диелектрични еластомерни задвижващи механизми. „Задвижващият механизъм“ се дефинира като действителното устройство, което движи робота, или роботът показва конкретно движение. При пневматичните задвижващи механизми мека торбичка се изпомпва с газове или течности, за да се създаде определено движение. Това е прост дизайн, но все пак мощен, въпреки че помпите са непрактични и имат обемисти резервоари. Втората технология - диелектричните еластомерни задвижващи механизми използват концепцията за прилагане на електрическо поле върху изолационна гъвкава пластмаса, за да я деформират и по този начин да създават движение. Тези две технологии сами по себе си все още не са успешни, защото когато електричество преминава през пластмасата, тези устройства се провалят мизерно и по този начин не са устойчиви на механични повреди.
More “човешки like” robots with similar muscles
В проучванията с близнаци, докладвани в наука1 намлява науките Роботика2, изследователите взеха положителните аспекти на двете налични технологии за меки мускули и създадоха прост задвижващ механизъм, подобен на меки мускули, който използва електричество, за да промени движението на течности в малки торбички. Тези гъвкави полимерни торбички съдържат изолационна течност, например обикновено масло (растително масло или масло от рапица) от супермаркета, или всяка подобна течност може да се използва. След като напрежението беше приложено между хидрогелните електроди, поставени между двете страни на торбичката, страните бяха привлечени една към друга, настъпва маслен спазъм, изстисквайки течността в нея и я кара да тече вътре в торбичката. Това напрежение създава изкуствено мускулно свиване и след като електричеството бъде прекъснато, маслото отново се отпуска, имитирайки изкуствен мускулна релаксация. Задвижващият механизъм променя формата си по този начин и обектът, който е свързан към задвижващия механизъм, показва движение. Следователно този „изкуствен мускул“ се свива и освобождава (огъва) мигновено за милисекунди по същия начин и със същата прецизност и сила като истинските скелетни човешки мускули. Тези движения могат дори да надминат скоростта на човешките мускулни реакции, тъй като човешките мускули комуникират едновременно с мозъка, причинявайки забавяне, макар и незабележимо. Следователно, чрез този дизайн беше постигната флуидна система, която имаше директно електрическо управление, показващо гъвкавост и висока производителност.
В първото изследване1 in наука, задвижващите механизми бяха проектирани във формата на поничка и имаха способността и сръчността да вдигат и задържат малина чрез роботизирано захващане (и да не експлодират плодовете!). Възможните щети, причинени от електричество при преминаване през изолационната течност (основен проблем с предварително проектираните задвижващи механизми), също бяха погрижени в сегашния дизайн и всяка електрическа повреда беше самовъзстановена или поправена незабавно само с нов поток на течност в „увредената“ част чрез прост процес на преразпределение. Това се дължи на използването на течен материал, който е по-издръжлив, вместо твърд изолационен слой, използван в много предишни проекти и който е бил повреден моментално. В този процес изкуственият мускул оцелява повече от милион цикъла на свиване. Този конкретен задвижващ механизъм, който има форма на поничка, лесно можеше да вземе малина. По същия начин, чрез приспособяване на формата на тези еластични торбички, изследователите създадоха широка гама от задвижващи механизми с уникални движения, като например дори вдигане на крехко яйце с прецизност и точна необходима сила. Тези гъвкави мускули са наречени "хидравлично-усилени самовъзстановяващи се електростатични" задвижващи механизми или задвижващи механизми HASEL. Във второ проучване2 публикувано в Научна роботикаСъщият екип освен това създаде два други дизайна на меките мускули, които се свиват линейно, много подобно на човешки бицепс, като по този начин имат способността многократно да повдигат предмети, по-тежки от собственото им тегло.
A Общото мнение е, че тъй като роботите са машини, те със сигурност трябва да имат предимство пред хората, но когато става дума за удивителните способности, предоставени ни от мускулите, може просто да се каже, че роботите бледнеят в сравнение с тях. Човешкият мускул е изключително мощен и мозъкът ни има изключителен контрол над мускулите ни. Това е причината човешките мускули да са способни да изпълняват сложни задачи с прецизност, например писане. Нашите мускули многократно се свиват и отпускат, когато вършим тежка задача и се казва, че всъщност използваме само около 65 процента способности на нашите мускули и тази граница се определя главно от нашето мислене. Ако можем да си представим робот, който има човешки меки мускули, силата и възможностите биха били огромни. Тези проучвания се разглеждат като първа стъпка за разработване на задвижващ механизъм, който един възможен ден би могъл да постигне огромните възможности на истинските биологични мускули.
Ефективна „мека“ роботика
Авторите казват, че материали като полимерните торбички за картофен чипс, маслото и дори електродите са евтини и лесно достъпни, като цената им достига само 0.9 USD (или 10 цента). Това е окуражаващо за настоящите промишлени производствени звена и за изследователите да разширят своя опит. Материалите с ниска цена са мащабируеми и съвместими с настоящите индустриални практики и такива устройства могат да се използват за редица приложения като протезни устройства или като човешки спътник. Това е особено интересен аспект, тъй като терминът роботика винаги се отъждествява с високи разходи. Недостатък, свързан с такъв изкуствен мускул, е голямото количество електричество, необходимо за неговата работа, а също така има шансове за изгаряне, ако роботът запази твърде много от мощността си. Меките роботи са много по-деликатни от традиционните си роботи, което прави дизайна им по-предизвикателен, например възможности за пробиване, загуба на мощност и разливане на маслото. Тези меки роботи определено се нуждаят от някакъв аспект на самолечение, както вече правят много някои меки роботи.
Ефективните и здрави меки роботи могат да бъдат много полезни в човешкия живот, тъй като могат да допълват хората и да работят с тях като „колаборативни“ роботи, а не роботи, които заместват хората. Също така традиционните протези на ръцете биха могли да бъдат по-меки, приятни и чувствителни. Тези проучвания са обещаващи и ако може да се преодолее голямото търсене на мощност, то има потенциал да революционизира бъдещето на роботите по отношение на техния дизайн и начина, по който се движат.
***
{Можете да прочетете оригиналната изследователска статия, като щракнете върху връзката DOI, дадена по-долу в списъка с цитирани източници}
Източник (и)
1. Acome et al. 2018. Хидравлично усилени самовъзстановяващи се електростатични задвижващи механизми с мускулна производителност. наука. 359 (6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris et al. 2018. Peano-HASEL задвижващи механизми: мускулно-миметични, електрохидравлични преобразуватели, които се свиват линейно при активиране. Научна роботика. 3 (14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
