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.
Роботите са програмируеми машини, които се използват рутинно в промишлени приложения, например като част от автоматизацията, особено в производството, тъй като те са проектирани да се справят добре с повтарящи се задачи, които изискват много сила и мощност. роботи взаимодействат с физическия свят чрез сензори и задвижващи механизми в тях и са препрограмируеми, което ги прави по-полезни и гъвкави от рутинните еднофункционални машини. Очевидно е от начина, по който тези роботи са проектирани да вършат работата, че движенията им са изключително твърди, понякога резки, машинни и са тежки, внушителни и не са полезни, когато конкретна задача изисква различни количества сила в различно време точки. Роботите също понякога са опасни и може да се нуждаят от сигурни заграждения, тъй като не са чувствителни към заобикалящата ги среда. Полето на роботиката изследва различни дисциплини за проектиране, изграждане, програмиране и ефективно използване на роботизирани машини в различни области на индустрията и медицинската технология с различни изисквания.
В скорошни проучвания на близнаци, ръководени от Кристоф Кеплингер, изследователите са приспособили роботи с нов клас мускули, които са много подобни на нашите човешки мускули и притежават и излъчват сила и чувствителност точно като нас. Основната идея е да осигурим повече „естествен” движения към машината, т.е. роботи. 99.9 процента от всички роботи днес са твърди машини, направени от стомана или метал, докато биологичното тяло е меко, но има невероятни възможности. Тези роботи с „меки“ или „по-истински“ мускули могат да бъдат подходящо проектирани да изпълняват рутинни и деликатни задачи (които човешките мускули изпълняват ежедневно), например просто да вземат мек плод или да поставят яйце в кошница. В сравнение с традиционните роботи, роботите, оборудвани сизкуствени 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.
Повече ▼ "човешки като” роботи с подобни мускули
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.
***
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
***
