Kaasaegsed robotid suudavad palju ära teha. Kuid samal ajal on nad kaugel liigutuste inimlikust kergusest ja graatsusest. Ja viga on – ebatäiuslikud tehislihased. Paljude riikide teadlased püüavad seda probleemi lahendada. Artikkel on pühendatud lühikesele ülevaatele nende hämmastavatest leiutistest.
Polümeerlihased Singapuri teadlastelt
Singapuri riikliku ülikooli leiutajad tegid hiljuti sammu humanoidrobotite suunas. Tänapäeval töötavad raskekaalulised androidid hüdrosüsteemidega. Viimase oluliseks puuduseks on madal kiirus. Singapuri teadlaste esitletud robotite kunstlihased võimaldavad küborgidel mitte ainult tõsta esemeid, mis on nende enda kaalust 80 korda raskemad, vaid ka teha seda sama kiiresti kui inimene.
Uudne disain, mis venib viis korda pikemaks, aitab robotitel "ringi pääseda" isegi sipelgatest, kes teadaolev alt suudavad kanda esemeid, mis on 20 korda raskemad kui nende enda keha kaal. Polümeerlihastel on järgmised eelised:
- paindlikkus;
- rabav tugevus;
- elastsus;
- võime muuta oma kuju mõne sekundiga;
- võime muuta kineetiline energia elektrienergiaks.
Teadlased ei kavatse aga sellega peatuda – neil on kavas luua tehislihased, mis võimaldaksid robotil tõsta endast 500 korda raskemat koormat!
Avastus Harvardist – lihased elektroodidest ja elastomeerist
Harvardi ülikooli rakendus- ja tehnikateaduste koolis töötavad leiutajad on esitlenud kvalitatiivselt uusi tehislihaseid niinimetatud "pehmete" robotite jaoks. Teadlaste sõnul ei jää nende vaimusünnitus, mis koosneb pehmest elastomeerist ja elektroodidest, mis sisaldavad süsinik-nanotorusid, oma kvaliteedi poolest sugugi halvem kui inimese lihased!
Kõik tänapäeval eksisteerivad robotid, nagu juba mainitud, põhinevad ajamitel, mille mehhanismiks on hüdraulika või pneumaatika. Selliseid süsteeme toiteallikaks on suruõhk või kemikaalide reaktsioon. See muudab võimatuks konstrueerida robotit, mis oleks sama pehme ja kiire kui inimene. Harvardi teadlased on selle puuduse kõrvaldanud, luues robotite jaoks kvalitatiivselt uue kunstlihaste kontseptsiooni.
Uus küborgi "lihas" on mitmekihiline struktuur, milles Clarki laboris loodud nanotoru elektroodid juhivad painduvate elastomeeride ülemist ja alumist kihti, mis on California ülikooli teadlaste vaimusünnitus. Sellised lihasedideaalne nii "pehmete" androidide kui ka laparoskoopiliste instrumentide jaoks kirurgias.
Harvardi teadlased ei peatunud selle imelise leiutise juures. Üks nende uusimaid arendusi on stingray biorobot. Selle komponendid on roti südamelihase rakud, kuld ja silikoon.
Bauchmanni rühma leiutis: teist tüüpi tehislihased, mis põhinevad süsiniknanotorudel
Veel 1999. aastal Austraalia linnas Kirchbergis innovatiivsete materjalide elektrooniliste omaduste rahvusvahelise talvekooli 13. koosolekul tegi teadlane Ray Bauchman, kes töötab Allied Signalis ja juhib rahvusvahelist uurimisrühma. esitlus. Tema postitus käsitles tehislihaste valmistamist.
Ray Bauchmani juhitud arendajad suutsid ette kujutada süsiniknanotorusid nanopaberi lehtedena. Selle leiutise torud olid igal võimalikul viisil läbi põimunud ja üksteisega segatud. Nanopaber ise meenutas oma välimuselt tavalist paberit – seda sai käes hoida, ribadeks ja tükkideks lõigata.
Rühma eksperiment oli välimuselt väga lihtne – teadlased kinnitasid kleeplindi erinevatele külgedele nanopaberitükke ja langetasid selle struktuuri soolaseks elektrit juhtivaks lahuseks. Pärast madalpinge aku sisselülitamist pikenesid mõlemad nanoribad, eriti see, mis oli ühendatud elektriaku negatiivse poolusega; siis kääris paber kokku. Tehislihaste mudel toimis.
Bauhman ise usub, et tema leiutis pärast kvalitatiivset moderniseerimistmuudab robootika märkimisväärselt, sest sellised süsiniku lihased tekitavad paindumisel / pikendamisel elektrilise potentsiaali - nad toodavad energiat. Lisaks on sellised lihased kolm korda tugevamad kui inimesel, võivad toimida ülikõrgel ja madalal temperatuuril, kasutades oma tööks madalat voolu ja pinget. Seda on täiesti võimalik kasutada inimese lihaste proteesimiseks.
Texase ülikool: õngenöörist ja õmblusniidist valmistatud tehislihased
Üks silmatorkavamaid on Dallases asuva Texase ülikooli uurimisrühma töö. Tal õnnestus saada kunstlihaste mudel, mille tugevus ja võimsus meenutab reaktiivmootorit - 7,1 hj / kg! Sellised lihased on sadu kordi tugevamad ja produktiivsemad kui inimese omad. Kuid kõige hämmastavam on see, et need on valmistatud primitiivsetest materjalidest – ülitugevast polümeersest õngenöörist ja õmblusniidist.
Sellise lihase toitumine on temperatuuride erinevus. Selle tagab õhukese metallikihiga kaetud õmblusniit. Kuid tulevikus võivad robotite lihaseid toita nende keskkonna temperatuuri muutused. Seda omadust, muide, võib hästi kasutada ilmastikutingimustega kohanevate riiete ja muude sarnaste seadmete puhul.
Kui polümeer on keeratud ühes suunas, kahaneb see kuumutamisel järsult ja jahtudes venib kiiresti ning vastupidises suunas keerates on see täiesti vastupidine. Selline lihtne disain võib näiteks pöörata üldist rootorit kiirusega 10 tuhat pööret minutis. Pluss sellisedtehislihased õngenöörist, kuna need suudavad kokku tõmbuda kuni 50% oma algsest pikkusest (inimesel ainult 20%). Lisaks eristab neid hämmastav vastupidavus – see lihas ei "väsi" isegi pärast miljonit tegevuskorda!
Texasest Amuurini
Dallase teadlaste avastus on inspireerinud paljusid teadlasi üle maailma. Kuid ainult ühel robootikul õnnestus oma kogemust eduk alt korrata - Valgevene Riikliku Pedagoogikaülikooli infotehnoloogia labori juhataja Aleksandr Nikolajevitš Semochkin.
Algul ootas leiutaja kannatlikult ajakirjas Science uusi artikleid Ameerika kolleegide leiutise massilise rakendamise kohta. Kuna seda ei juhtunud, otsustas amuuri teadlane koos oma mõttekaaslastega imelist kogemust korrata ning oma kätega vasktraadist ja õngenöörist tehislihaseid luua. Kuid kahjuks ei olnud koopia elujõuline.
Inspiratsioon Skolkovost
Peaaegu mahajäetud katsete juurde naasmine Aleksander Semochkinit sundis juhus – teadlane sattus Skolkovosse robootikakonverentsile, kus kohtus Neurobootika ettevõtte juhi Zelenogradist pärit mõttekaaslasega. Nagu selgus, tegelevad selle ettevõtte insenerid ka õngenööridest lihaste loomisega, mis on üsna elujõulised.
Kodumaale naastes asus Aleksander Nikolajevitš uue jõuga tööle. Pooleteise kuuga suutis ta mitte ainult töötavaid tehislihaseid kokku panna, vaid ka luua nende keeramiseks masina, mis tegi õngenööri mähiseid.rangelt korratav.
Annuntation tehislihaskond
Viiesentimeetrise lihase loomiseks vajab A. N. Semochkin mitu meetrit traati ja 20 cm tavalist õngenööri. 3D-prinditud lihaste "tootmise" masin, muide, väänab lihase 10 minutiga. Seejärel asetatakse konstruktsioon pooleks tunniks +180 kraadini kuumutatud ahju.
Sellise lihase saate aktiveerida elektrivoolu abil – ühendage lihts alt selle allikas juhtmega. Selle tulemusena hakkab see soojenema ja kandma oma soojust õngenöörile. Viimane on venitatud või kokkutõmmatud – olenev alt lihase tüübist, mida seade väänas.
Leiutajate plaanid
Aleksandr Semochkini uus projekt on loodud lihaste "õpetamine" kiiremini algsesse olekusse naasma. Sellele võib kaasa aidata toitejuhtme kiire jahtumine – teadlane pakub, et selline protsess toimub vee all kiiremini. Pärast sellise lihase saamist saab selle esimeseks omanikuks Valgevene Riikliku Pedagoogikaülikooli antropomorfne robot Iskanderus.
Teadlane ei hoia oma leiutist saladuses – ta postitab YouTube'i videoid ja kavatseb kirjutada ka artikli üksikasjalike juhistega õngenöörist ja traadist lihaseid väänava masina loomiseks.
Aeg ei seisa paigal – tehislihaseid, millest teile rääkisime, kasutatakse juba kirurgias endo- jalaparoskoopilised operatsioonid. Ja "Disney" laboris panid nad oma osalusel kokku toimiva käe.
