Moderne roboter kan gjøre mye. Men samtidig er de langt fra menneskelig letthet og ynde av bevegelser. Og feilen er - ufullkomne kunstige muskler. Forskere fra mange land prøver å løse dette problemet. Artikkelen vil bli viet til en kort oversikt over deres fantastiske oppfinnelser.
Polymermuskler fra Singapore-forskere
Et skritt mot mer humanoide roboter ble nylig laget av oppfinnere fra National University of Singapore. I dag drives tungvektsandroider av hydrauliske systemer. En betydelig ulempe med sistnevnte er lav hastighet. Kunstige muskler for roboter, presentert av singaporske forskere, lar cyborger ikke bare løfte gjenstander som er 80 ganger tyngre enn deres egen vekt, men også å gjøre det så raskt som en person.
Et innovativt design som strekker seg fem ganger i lengden hjelper roboter å "komme rundt" selv maur, som er kjent for å kunne bære gjenstander som er 20 ganger tyngre enn vekten av deres egen kropp. Polymermuskler har følgende fordeler:
- flexibility;
- slående styrke;
- elasticity;
- evnen til å endre form på noen få sekunder;
- evnen til å konvertere kinetisk energi til elektrisk energi.
Forskere kommer imidlertid ikke til å stoppe der – de planlegger å lage kunstige muskler som vil tillate roboten å løfte en last som er 500 ganger tyngre enn ham selv!
Oppdagelse fra Harvard - muskler fra elektroder og elastomer
Oppfinnere som jobber ved School of Applied and Engineering Sciences ved Harvard University har presentert kvalitativt nye kunstige muskler for de såk alte «myke» robotene. Ifølge forskerne er deres hjernebarn, bestående av en myk elastomer og elektroder, som inkluderer karbon-nanorør, ikke dårligere i kvalitet enn menneskelige muskler!
Alle roboter som eksisterer i dag, er som allerede nevnt basert på drev, hvis mekanisme er hydraulikk eller pneumatikk. Slike systemer drives av trykkluft eller reaksjonen av kjemikalier. Dette gjør det umulig å konstruere en robot som er like myk og rask som et menneske. Harvard-forskere har eliminert denne mangelen ved å lage et kvalitativt nytt konsept med kunstige muskler for roboter.
Den nye cyborg-"muskelen" er en flerlagsstruktur der nanorørelektroder laget i Clarks laboratorium kontrollerer topp- og bunnlaget av fleksible elastomerer, utviklet av forskere fra University of California. Slike musklerideell for både "myke" androider og laparoskopiske instrumenter i kirurgi.
Harvard-forskere stoppet ikke ved denne fantastiske oppfinnelsen. En av deres siste utviklinger er en stingray-biorobot. Komponentene er rottehjertemuskelceller, gull og silikon.
Oppfinnelsen av Bauchmann-gruppen: en annen type kunstig muskel basert på karbon-nanorør
Tilbake i 1999 i den australske byen Kirchberg på det 13. møtet til International Winter School on the Electronic Properties of Innovative Materials, laget forskeren Ray Bauchman, som jobber ved Allied Signal og leder en internasjonal forskningsgruppe, en presentasjon. Innlegget hans handlet om å lage kunstige muskler.
Utviklere ledet av Ray Bauchman var i stand til å forestille seg karbon-nanorør i form av ark med nanopapir. Rørene i denne oppfinnelsen var på alle mulige måter sammenvevd og blandet med hverandre. Selve nanopapiret lignet vanlig papir i sitt utseende - det kunne holdes i hendene, kuttes i strimler og biter.
Eksperimentet til gruppen var veldig enkelt i utseende - forskere festet biter av nanopapir til forskjellige sider av teipen og senket denne strukturen til en s alt elektrisk ledende løsning. Etter at lavspentbatteriet ble slått på, ble begge nanostripene forlenget, spesielt den som var koblet til minuspolen til det elektriske batteriet; så krøllet papiret seg sammen. Den kunstige muskelmodellen fungerte.
Bauhman selv mener at hans oppfinnelse etter en kvalitativ moderniseringvil i betydelig grad transformere robotikk, fordi slike karbonmuskler, når de bøyes / utvides, skaper et elektrisk potensial - de produserer energi. I tillegg er slike muskler tre ganger sterkere enn mennesker, kan fungere ved ekstremt høye og lave temperaturer, ved å bruke lav strøm og spenning for sitt arbeid. Det er fullt mulig å bruke det til proteser av menneskelige muskler.
University of Texas: kunstige muskler laget av fiskesnøre og sytråd
Noe av det mest slående er arbeidet til et forskerteam fra University of Texas, som ligger i Dallas. Hun klarte å få en modell av kunstige muskler, i sin styrke og kraft som minner om en jetmotor - 7,1 hk / kg! Slike muskler er hundrevis av ganger sterkere og mer produktive enn menneskelige. Men det mest fantastiske her er at de ble konstruert av primitive materialer - høystyrke polymer fiskesnøre og sytråd.
Ernæringen til en slik muskel er en temperaturforskjell. Den leveres av en sytråd belagt med et tynt lag metall. Imidlertid kan musklene til roboter i fremtiden bli drevet av endringer i temperaturen i omgivelsene. Denne egenskapen kan forresten godt brukes på værtilpassede klær og andre lignende enheter.
Hvis polymeren er vridd i én retning, vil den krympe kraftig ved oppvarming og raskt strekke seg ved avkjøling, og hvis den er vridd i motsatt retning, vil den være helt motsatt. En slik enkel design kan for eksempel rotere en total rotor med en hastighet på 10 tusen omdreininger / min. Pluss sliktkunstige muskler fra fiskesnøre ved at de er i stand til å trekke seg sammen opptil 50 % av sin opprinnelige lengde (menneske kun med 20 %). I tillegg kjennetegnes de av fantastisk utholdenhet - denne muskelen "blir ikke sliten" selv etter en million repetisjoner av handlingen!
Fra Texas til Amur
Oppdagelsen av forskere fra Dallas har inspirert mange forskere fra hele verden. Imidlertid klarte bare én robotiker å gjenta sin erfaring - Alexander Nikolaevich Semochkin, leder for informasjonsteknologilaboratoriet ved det hviterussiske statspedagogiske universitetet.
Til å begynne med ventet oppfinneren tålmodig på nye artikler i Science om masseimplementeringen av oppfinnelsen til amerikanske kolleger. Siden dette ikke skjedde, bestemte Amur-forskeren sammen med sine likesinnede å gjenta den fantastiske opplevelsen og lage kunstige muskler fra kobbertråd og fiskesnøre med egne hender. Men dessverre, kopien var ikke levedyktig.
Inspirasjon fra Skolkovo
Tilbake til nesten forlatte eksperimenter Alexander Semochkin ble tvunget til ved en tilfeldighet - forskeren kom til en robotkonferanse i Skolkovo, hvor han møtte en likesinnet person fra Zelenograd, lederen av Neurobotics-selskapet. Det viste seg at ingeniørene i dette selskapet også er opptatt med å skape muskler fra fiskesnører, som er ganske levedyktige.
Tilbake til hjemlandet, satte Alexander Nikolaevich i gang arbeidet med fornyet kraft. På en og en halv måned klarte han ikke bare å sette sammen brukbare kunstige muskler, men også å lage en maskin for å vri dem, som laget spoler av fiskesnørestrengt tatt repeterbar.
kunngjøring kunstig muskulatur
For å lage en fem centimeters muskel trenger A. N. Semochkin flere meter wire og 20 cm vanlig fiskesnøre. En 3D-printet muskel-"produksjons"-maskin vrir forresten en muskel på 10 minutter. Deretter plasseres strukturen i en ovn oppvarmet til +180 grader Celsius i en halv time.
Du kan aktivere en slik muskel ved hjelp av elektrisk strøm - bare koble dens kilde til ledningen. Som et resultat begynner den å varme opp og overføre varmen til fiskelinjen. Sistnevnte strekkes eller trekkes sammen - avhengig av hvilken type muskel enheten har vridd.
Oppfinnerens planer
Alexander Semochkins nye prosjekt er å "lære" de skapte musklene til å returnere til sin opprinnelige tilstand raskere. Dette kan hjelpes av den raske avkjølingen av strømledningen - forskeren antyder at en slik prosess vil skje raskere under vann. Etter at en slik muskel er oppnådd, vil Iskanderus, en antropomorf robot fra det hviterussiske statlige pedagogiske universitetet, bli dens første eier.
Vitenskapsmannen holder ikke oppfinnelsen hemmelig - han legger ut videoer på YouTube, og planlegger også å skrive en artikkel med detaljerte instruksjoner for å lage en maskin som vrir muskler fra fiskesnøre og wire.
Tiden står ikke stille - de kunstige musklene som vi fort alte deg om, brukes allerede i kirurgi for endo- oglaparoskopiske operasjoner. Og i laboratoriet "Disney" med deres deltagelse samlet de en fungerende hånd.
