Roboții moderni pot face multe. Dar, în același timp, sunt departe de ușurința umană și de grația mișcărilor. Și vina este - mușchi artificiali imperfecți. Oamenii de știință din multe țări încearcă să rezolve această problemă. Articolul va fi dedicat unei scurte prezentari generale a invențiilor lor uimitoare.
Mușchi polimeri de la oamenii de știință din Singapore
Un pas către mai mulți roboți umanoizi a fost făcut recent de inventatori de la Universitatea Națională din Singapore. Astăzi, androizii grei sunt alimentați de sisteme hidraulice. Un dezavantaj semnificativ al acestuia din urmă este viteza redusă. Mușchii artificiali pentru roboți, prezentați de oamenii de știință din Singapore, le permit cyborgilor nu numai să ridice obiecte care sunt de 80 de ori mai grele decât propria lor greutate, ci și să o facă la fel de repede ca o persoană.
Un design inovator care se întinde de cinci ori în lungime îi ajută pe roboți să „ocolească” chiar și furnicile, despre care se știe că sunt capabile să transporte obiecte de 20 de ori mai grele decât greutatea propriului corp. Mușchii polimeri au următoarele avantaje:
- flexibilitate;
- tăria de lovire;
- elasticitate;
- abilitatea de a-și schimba forma în câteva secunde;
- abilitatea de a converti energia cinetică în energie electrică.
Cu toate acestea, oamenii de știință nu se vor opri aici - ei plănuiesc să creeze mușchi artificiali care ar permite robotului să ridice o sarcină de 500 de ori mai grea decât el!
Descoperire de la Harvard - mușchi din electrozi și elastomer
Inventatorii care lucrează la Școala de Științe Aplicate și Inginerie de la Universitatea Harvard au prezentat mușchi artificiali noi calitativ pentru așa-numiții roboți „moale”. Potrivit oamenilor de știință, creația lor, constând dintr-un elastomer moale și electrozi, care includ nanotuburi de carbon, nu este inferioară ca calitate mușchilor umani!
Toți roboții care există astăzi, așa cum am menționat deja, se bazează pe acții, al căror mecanism este hidraulic sau pneumatic. Astfel de sisteme sunt alimentate de aer comprimat sau de reacția unor substanțe chimice. Acest lucru face imposibilă construirea unui robot care este la fel de moale și rapid ca un om. Oamenii de știință de la Harvard au eliminat acest neajuns prin crearea unui nou concept calitativ de mușchi artificiali pentru roboți.
Noul „mușchi” cyborg este o structură cu mai multe straturi în care electrozii din nanotuburi creați în laboratorul lui Clark controlează straturile superioare și inferioare de elastomeri flexibili, creația oamenilor de știință de la Universitatea din California. Astfel de mușchiideal atât pentru androizi „moale”, cât și pentru instrumentele laparoscopice în chirurgie.
Oamenii de știință de la Harvard nu s-au oprit la această minunată invenție. Una dintre cele mai recente dezvoltări ale lor este un biorobot stingray. Componentele sale sunt celulele musculare ale inimii de șobolan, aurul și siliconul.
Invenția grupului Bauchmann: un alt tip de mușchi artificial bazat pe nanotuburi de carbon
În 1999, în orașul australian Kirchberg, la cea de-a 13-a întâlnire a Școlii Internaționale de Iarnă privind Proprietățile Electronice ale Materialelor Inovatoare, omul de știință Ray Bauchman, care lucrează la Allied Signal și conduce un grup internațional de cercetare, a făcut o prezentare. Postarea lui era despre crearea mușchilor artificiali.
Dezvoltatorii conduși de Ray Bauchman au putut să-și imagineze nanotuburi de carbon sub formă de foi de nanopârtie. Tuburile din această invenție au fost în toate modurile posibile împletite și amestecate unele cu altele. Nanohârtia în sine semăna cu hârtia obișnuită în aspectul său - putea fi ținută în mână, tăiată în fâșii și bucăți.
Experimentul grupului a fost foarte simplu în aparență - oamenii de știință au atașat bucăți de nanohârtie pe diferite părți ale benzii adezive și au coborât această structură într-o soluție sărată conducătoare de electricitate. După ce bateria de joasă tensiune a fost pornită, ambele nanobenzi s-au alungit, în special cea conectată la polul negativ al bateriei electrice; apoi hârtia se încolăci. Modelul de mușchi artificiali a funcționat.
Bauhman însuși crede că invenția sa după o modernizare calitativăva transforma semnificativ robotica, deoarece astfel de mușchi de carbon, atunci când sunt flectați/extinși, creează un potențial electric - produc energie. În plus, astfel de mușchi sunt de trei ori mai puternici decât oamenii, pot funcționa la temperaturi extrem de ridicate și scăzute, folosind curent și tensiune scăzute pentru munca lor. Este foarte posibil să îl utilizați pentru protezarea mușchilor umani.
Universitatea din Texas: mușchi artificiali din fir de pescuit și ață de cusut
Una dintre cele mai izbitoare este munca unei echipe de cercetare de la Universitatea din Texas, care se află în Dallas. Ea a reușit să obțină un model de mușchi artificiali, în forța și puterea sa care amintește de un motor cu reacție - 7,1 CP/kg! Astfel de mușchi sunt de sute de ori mai puternici și mai productivi decât cei umani. Dar cel mai uimitor lucru aici este că au fost construite din materiale primitive - fir de pescuit polimer de în altă rezistență și ață de cusut.
Hurația unui astfel de mușchi este o diferență de temperatură. Este asigurat de un fir de cusut acoperit cu un strat subtire de metal. Cu toate acestea, în viitor, mușchii roboților ar putea fi alimentați de schimbările de temperatură a mediului lor. Apropo, această proprietate poate fi aplicată îmbrăcămintei adaptate la vreme și altor dispozitive similare.
Dacă polimerul este răsucit într-o direcție, se va micșora brusc când este încălzit și se va întinde rapid când este răcit, iar dacă este răsucit în direcția opusă, va fi complet opus. Un astfel de design simplu poate, de exemplu, să rotească un rotor general cu o viteză de 10 mii de rotații / min. Plus asa cevamușchi artificiali din firul de pescuit prin faptul că sunt capabili să se contracte până la 50% din lungimea lor inițială (umani doar cu 20%). În plus, se disting printr-o rezistență uimitoare - acest mușchi nu „obosește” nici după un milion de repetări ale acțiunii!
Din Texas la Amur
Descoperirea oamenilor de știință din Dallas a inspirat mulți oameni de știință din întreaga lume. Cu toate acestea, un singur robotician a reușit să-și repete cu succes experiența - Alexander Nikolaevich Semochkin, șeful laboratorului de tehnologie a informației de la Universitatea Pedagogică de Stat din Belarus.
La început, inventatorul a așteptat cu răbdare noi articole în Science despre implementarea în masă a invenției colegilor americani. Deoarece acest lucru nu s-a întâmplat, omul de știință din Amur a decis împreună cu oamenii săi care au aceleași gânduri să repete experiența minunată și să creeze mușchi artificiali din sârmă de cupru și fir de pescuit cu propriile mâini. Dar, din păcate, copia nu era viabilă.
Inspirație de la Skolkovo
Revenirea la experimente aproape abandonate Alexander Semochkin a fost forțat de o întâmplare - omul de știință a ajuns la o conferință de robotică la Skolkovo, unde a întâlnit o persoană cu idei similare din Zelenograd, șeful companiei de neurobotică. După cum sa dovedit, inginerii acestei companii sunt, de asemenea, ocupați să creeze mușchi din fire de pescuit, care sunt destul de viabile.
Revenit în patria sa, Alexandru Nikolaevici s-a pus pe treabă cu o vigoare reînnoită. Într-o lună și jumătate, a reușit nu numai să asambleze mușchi artificiali lucrabili, ci și să creeze o mașină pentru răsucirea lor, care a făcut bobine de fir de pescuit.strict repetabil.
Anunț musculatură artificială
Pentru a crea un mușchi de cinci centimetri, A. N. Semochkin are nevoie de câțiva metri de sârmă și 20 cm de fir de pescuit obișnuit. Apropo, o mașină de „producție” musculară imprimată 3D, răsucește un mușchi în 10 minute. Apoi structura se pune într-un cuptor încălzit la +180 de grade Celsius timp de o jumătate de oră.
Puteți activa un astfel de mușchi cu ajutorul curentului electric - trebuie doar să conectați sursa lui la fir. Ca urmare, începe să se încălzească și să-și transfere căldura pe firul de pescuit. Acesta din urmă este întins sau contractat - în funcție de tipul de mușchi pe care l-a răsucit dispozitivul.
Planurile inventatorului
Noul proiect al lui Alexander Semochkin este de a „învăța” mușchii creați să revină mai repede la starea lor inițială. Acest lucru poate fi ajutat de răcirea rapidă a firului de alimentare - omul de știință sugerează că un astfel de proces va avea loc mai repede sub apă. După obținerea unui astfel de mușchi, Iskanderus, un robot antropomorf al Universității Pedagogice de Stat din Belarus, va deveni primul său proprietar.
Omul de știință nu își păstrează invenția secretă - el postează videoclipuri pe YouTube și, de asemenea, intenționează să scrie un articol cu instrucțiuni detaliate pentru crearea unei mașini care răsucește mușchii din firul și firul de pescuit.
Timpul nu stă pe loc - mușchii artificiali despre care v-am povestit sunt deja folosiți în chirurgie pentru endo- șioperații laparoscopice. Și în laboratorul „Disney”, cu participarea lor, au adunat o mână funcțională.
