Moderni roboti mogu mnogo. Ali u isto vrijeme, oni su daleko od ljudske lakoće i gracioznosti pokreta. A greška je - nesavršeni umjetni mišići. Naučnici iz mnogih zemalja pokušavaju riješiti ovaj problem. Članak će biti posvećen kratkom pregledu njihovih nevjerovatnih izuma.
Polimerni mišići singapurskih naučnika
Korak ka više humanoidnih robota nedavno su napravili izumitelji sa Nacionalnog univerziteta u Singapuru. Danas, teške androide pokreću hidraulični sistemi. Značajan nedostatak potonjeg je mala brzina. Umjetni mišići za robote, koje su predstavili singapurski naučnici, omogućavaju kiborzima ne samo da podižu predmete koji su 80 puta teži od njihove vlastite težine, već i da to rade brzo kao osoba.
Inovativni dizajn koji se proteže pet puta u dužinu pomaže robotima da "zaobiđu" čak i mrave, za koje se zna da mogu nositi predmete 20 puta teže od težine njihovog tijela. Polimerni mišići imaju sljedeće prednosti:
- fleksibilnost;
- udarna snaga;
- elastičnost;
- mogućnost promjene oblika u nekoliko sekundi;
- sposobnost pretvaranja kinetičke energije u električnu energiju.
Međutim, naučnici neće stati na tome - planiraju da stvore veštačke mišiće koji bi omogućili robotu da podigne teret 500 puta teži od njega!
Discovery sa Harvarda - mišići od elektroda i elastomera
Pronalazači koji rade na Školi za primijenjene i inženjerske nauke na Univerzitetu Harvard predstavili su kvalitativno nove umjetne mišiće za takozvane "meke" robote. Prema znanstvenicima, njihova zamisao, koja se sastoji od mekog elastomera i elektroda, koje uključuju ugljične nanocijevi, nije inferiorna po kvalitetu od ljudskih mišića!
Svi roboti koji danas postoje, kao što je već spomenuto, bazirani su na pogonima, čiji je mehanizam hidraulički ili pneumatički. Takvi sistemi se napajaju komprimiranim zrakom ili reakcijom hemikalija. Zbog toga je nemoguće konstruirati robota koji je mekan i brz kao čovjek. Naučnici sa Harvarda su eliminisali ovaj nedostatak kreiranjem kvalitativno novog koncepta veštačkih mišića za robote.
Novi kiborg "mišić" je višeslojna struktura u kojoj elektrode nanocijevi stvorene u Clarkovoj laboratoriji kontrolišu gornji i donji sloj fleksibilnih elastomera, zamisao naučnika sa Univerziteta u Kaliforniji. Takvi mišićiidealno za "meke" androide i laparoskopske instrumente u hirurgiji.
Naučnici sa Harvarda nisu se zaustavili na ovom divnom izumu. Jedan od njihovih najnovijih razvoja je biorobot raža. Njegove komponente su ćelije srčanog mišića štakora, zlato i silikon.
Izum Bauchmannove grupe: još jedan tip umjetnog mišića zasnovanog na ugljičnim nanocjevčicama
Daleke 1999. godine u australskom gradu Kirchbergu na 13. sastanku Međunarodne zimske škole o elektronskim svojstvima inovativnih materijala, naučnik Ray Bauchman, koji radi u Allied Signalu i vodi međunarodnu istraživačku grupu, napravio je prezentacija. Njegov post je bio o pravljenju umjetnih mišića.
Programeri predvođeni Rayem Bauchmanom bili su u stanju zamisliti karbonske nanocijevi u obliku listova nanopapira. Cijevi u ovom izumu bile su na sve moguće načine isprepletene i pomiješane jedna s drugom. Sam nanopapir je svojim izgledom podsjećao na običan papir - mogao se držati u rukama, rezati na trake i komade.
Eksperiment grupe bio je vrlo jednostavan po izgledu - naučnici su pričvrstili komade nanopapira na različite strane ljepljive trake i spustili ovu strukturu u slani elektroprovodljivi rastvor. Nakon uključivanja niskonaponske baterije, obje nanotrake su se izdužile, posebno onaj spojen na negativni pol električne baterije; onda se papir sklupčao. Model umjetnih mišića je funkcionirao.
Sam Bauhman smatra da je njegov izum nakon kvalitativne modernizacijeznačajno će transformirati robotiku, jer takvi ugljični mišići, kada se savijaju/proširuju, stvaraju električni potencijal - proizvode energiju. Osim toga, takvi mišići su tri puta jači od ljudskih, mogu funkcionirati na ekstremno visokim i niskim temperaturama, koristeći za svoj rad nisku struju i napon. Sasvim ga je moguće koristiti za protetiku ljudskih mišića.
Univerzitet u Teksasu: umjetni mišići napravljeni od konaca za pecanje i konca za šivanje
Jedan od najupečatljivijih je rad istraživačkog tima sa Univerziteta Teksas, koji se nalazi u Dallasu. Uspjela je nabaviti model umjetnih mišića, koji svojom snagom i snagom podsjeća na mlazni motor - 7,1 KS/kg! Takvi mišići su stotinama puta jači i produktivniji od ljudskih. Ali ono što je najnevjerovatnije ovdje je to što su napravljeni od primitivnih materijala - konaca za pecanje od polimera visoke čvrstoće i konca za šivanje.
Prehrana takvog mišića je temperaturna razlika. Obezbeđuje ga konac za šivanje presvučen tankim slojem metala. Međutim, u budućnosti bi mišići robota mogli biti podstaknuti promjenama temperature njihovog okruženja. Ovo svojstvo se, inače, može primijeniti na odjeću koja se prilagođava vremenskim prilikama i druge slične uređaje.
Ako je polimer uvrnut u jednom smjeru, naglo će se skupiti kada se zagrije i brzo se rastegnuti kada se ohladi, a ako je uvrnut u suprotnom smjeru, biće potpuno suprotno. Takav jednostavan dizajn može, na primjer, rotirati cijeli rotor brzinom od 10 hiljada okretaja / min. Plus takveumjetni mišići iz ribarske linije u tome što su u stanju da se kontrahiraju do 50% svoje prvobitne dužine (ljudski samo 20%). Osim toga, odlikuje ih nevjerovatna izdržljivost - ovaj mišić se ne "umara" ni nakon milion ponavljanja akcije!
Od Teksasa do Amura
Otkriće naučnika iz Dalasa inspirisalo je mnoge naučnike iz celog sveta. Međutim, samo je jedan robotičar uspeo da uspešno ponovi svoje iskustvo - Aleksandar Nikolajevič Semočkin, šef laboratorije za informacione tehnologije na Beloruskom državnom pedagoškom univerzitetu.
U početku je pronalazač strpljivo čekao nove članke u Science o masovnoj implementaciji izuma američkih kolega. Budući da se to nije dogodilo, amurski znanstvenik odlučio je sa svojim istomišljenicima ponoviti prekrasno iskustvo i vlastitim rukama stvoriti umjetne mišiće od bakrene žice i užeta. Ali, nažalost, kopija nije bila održiva.
Inspiracija iz Skolkova
Povratak skoro napuštenim eksperimentima Aleksandra Semočkina natjerala je slučajnost - naučnik je stigao na konferenciju o robotici u Skolkovu, gdje je upoznao istomišljenika iz Zelenograda, šefa kompanije Neurobotics. Kako se ispostavilo, inženjeri ove kompanije takođe su zauzeti stvaranjem mišića od užeta, koji su prilično održivi.
Vrativši se u domovinu, Aleksandar Nikolajevič se s novom snagom bacio na posao. Za mesec i po dana uspeo je ne samo da sastavi izvodljive veštačke mišiće, već i da napravi mašinu za njihovo uvijanje, koja je napravila zavojnice od ribarske vrpce.striktno ponovljivo.
Veštačka muskulatura Blagoveštenja
Da bi stvorio mišić od pet centimetara, A. N. Semočkinu je potrebno nekoliko metara žice i 20 cm obične ribarske linije. 3D štampana mašina za "proizvodnju" mišića, inače, izvrće mišić za 10 minuta. Zatim se konstrukcija stavi u rernu zagrejanu na +180 stepeni Celzijusa pola sata.
Takav mišić možete aktivirati uz pomoć električne struje - samo spojite njegov izvor na žicu. Kao rezultat toga, počinje se zagrijavati i prenositi svoju toplinu na ribolovnu liniju. Potonji se isteže ili skuplja - ovisno o vrsti mišića koji je uređaj uvrnuo.
Planovi izumitelja
Novi projekat Aleksandra Semočkina je da "nauči" stvorene mišiće da se brže vrate u prvobitno stanje. Tome može pomoći brzo hlađenje žice za napajanje - naučnik sugerira da će se takav proces odvijati brže pod vodom. Nakon što se dobije takav mišić, Iskanderus, antropomorfni robot Bjeloruskog državnog pedagoškog univerziteta, postat će njegov prvi vlasnik.
Naucnik ne krije svoj pronalazak - objavljuje video zapise na YouTube-u, a planira da napiše i članak sa detaljnim uputstvima za kreiranje mašine koja uvija mišiće od pecarske linije i žice.
Vrijeme ne stoji - umjetni mišići o kojima smo vam govorili već se koriste u hirurgiji endo- ilaparoskopske operacije. A u laboratoriji "Disney" sa svojim učešćem sastavili su funkcionalnu ruku.
