Moderné roboty dokážu veľa. Ale zároveň majú ďaleko od ľudskej ľahkosti a ladnosti pohybov. A chyba je - nedokonalé umelé svaly. Vedci z mnohých krajín sa snažia tento problém vyriešiť. Článok bude venovaný krátkemu prehľadu ich úžasných vynálezov.
Polymérové svaly od singapurských vedcov
Krok smerom k väčšiemu počtu humanoidných robotov nedávno urobili vynálezcovia z Národnej univerzity v Singapure. Dnes sú ťažké androidy poháňané hydraulickými systémami. Významnou nevýhodou druhého je nízka rýchlosť. Umelé svaly pre roboty, prezentované singapurskými vedcami, umožňujú kyborgom nielen dvíhať predmety, ktoré sú 80-krát ťažšie ako ich vlastná hmotnosť, ale aj tak rýchlo ako človek.
Inovatívny dizajn, ktorý sa natiahne päťkrát na dĺžku, pomáha robotom „obísť“dokonca aj mravce, o ktorých je známe, že dokážu uniesť predmety 20-krát ťažšie, ako je hmotnosť ich vlastného tela. Polymérne svaly majú nasledujúce výhody:
- flexibilita;
- úderná sila;
- elasticita;
- schopnosť zmeniť svoj tvar za pár sekúnd;
- schopnosť premeniť kinetickú energiu na elektrickú energiu.
Vedci sa však pri tom nezastavia – plánujú vytvoriť umelé svaly, ktoré by robotovi umožnili zdvihnúť bremeno 500-krát ťažšie ako on!
Objav z Harvardu – svaly z elektród a elastoméru
Vynálezcovia, ktorí pracujú na School of Applied and Engineering Sciences na Harvardskej univerzite, predstavili kvalitatívne nové umelé svaly pre takzvané „mäkké“roboty. Podľa vedcov nie je ich duchovný tvor, pozostávajúci z mäkkého elastoméru a elektród, ktoré obsahujú uhlíkové nanorúrky, kvalitou horší ako ľudské svaly!
Všetky dnes existujúce roboty, ako už bolo spomenuté, sú založené na pohonoch, ktorých mechanizmom je hydraulika alebo pneumatika. Takéto systémy sú poháňané stlačeným vzduchom alebo reakciou chemikálií. To znemožňuje skonštruovať robota, ktorý je mäkký a rýchly ako človek. Harvardskí vedci tento nedostatok odstránili vytvorením kvalitatívne nového konceptu umelých svalov pre roboty.
Nový kyborgský „sval“je viacvrstvová štruktúra, v ktorej nanorúrkové elektródy vytvorené v Clarkovom laboratóriu riadia hornú a spodnú vrstvu flexibilných elastomérov, nápad vedcov z Kalifornskej univerzity. Takéto svalyideálne pre "mäkké" androidy aj laparoskopické nástroje v chirurgii.
Harvardskí vedci sa nezastavili pri tomto úžasnom vynáleze. Jedným z ich najnovších objavov je biorobot rejnokov. Jeho súčasťou sú bunky srdcového svalu potkana, zlato a silikón.
Vynález skupiny Bauchmann: ďalší typ umelého svalu na báze uhlíkových nanorúrok
V roku 1999 v austrálskom meste Kirchberg na 13. stretnutí Medzinárodnej zimnej školy o elektronických vlastnostiach inovatívnych materiálov vedec Ray Bauchman, ktorý pracuje v spoločnosti Allied Signal a vedie medzinárodnú výskumnú skupinu, urobil prezentácia. Jeho príspevok bol o vytváraní umelých svalov.
Vývojári na čele s Rayom Bauchmanom si dokázali predstaviť uhlíkové nanorúrky vo forme listov nanopapiera. Rúry v tomto vynáleze boli všetkými možnými spôsobmi prepletené a navzájom zmiešané. Samotný nanopapier svojím vzhľadom pripomínal obyčajný papier – dal sa držať v rukách, narezať na prúžky a kúsky.
Experiment skupiny bol na pohľad veľmi jednoduchý – vedci pripevnili kúsky nanopapiera na rôzne strany lepiacej pásky a spustili túto štruktúru do slaného elektricky vodivého roztoku. Po zapnutí nízkonapäťovej batérie sa oba nanopásiky predĺžili, najmä ten, ktorý bol pripojený k zápornému pólu elektrickej batérie; potom sa papier skrútil. Model umelého svalu fungoval.
Sám Bauhman verí, že jeho vynález po kvalitatívnej modernizáciivýrazne premení robotiku, pretože takéto karbónové svaly pri ohnutí/natiahnutí vytvárajú elektrický potenciál – vyrábajú energiu. Okrem toho sú takéto svaly trikrát silnejšie ako ľudské, môžu fungovať pri extrémne vysokých a nízkych teplotách, pričom na svoju prácu využívajú nízky prúd a napätie. Je celkom možné ho použiť na protetiku ľudských svalov.
University of Texas: umelé svaly vyrobené z vlasca a šijacej nite
Jednou z najpozoruhodnejších je práca výskumného tímu z Texaskej univerzity, ktorá sa nachádza v Dallase. Podarilo sa jej získať model umelých svalov, svojou silou a silou pripomínajúci prúdový motor - 7,1 hp / kg! Takéto svaly sú stokrát silnejšie a produktívnejšie ako ľudské. Ale najúžasnejšie je, že boli skonštruované z primitívnych materiálov - vysokopevnostného polymérového vlasca a šijacej nite.
Výživou takéhoto svalu je teplotný rozdiel. Zabezpečuje ho šijacia niť potiahnutá tenkou vrstvou kovu. V budúcnosti však môžu svaly robotov poháňať zmeny teploty ich prostredia. Mimochodom, túto vlastnosť možno použiť aj na oblečenie, ktoré sa prispôsobuje počasiu a iné podobné zariadenia.
Ak je polymér skrútený v jednom smere, pri zahriatí sa prudko zmrští a pri ochladení sa rýchlo roztiahne, a ak sa krúti opačným smerom, bude úplne opačný. Takáto jednoduchá konštrukcia môže napríklad otáčať celkový rotor rýchlosťou 10 tisíc otáčok / min. Plus takýumelé svaly z vlasca tým, že sa dokážu stiahnuť až na 50 % svojej pôvodnej dĺžky (u človeka len na 20 %). Navyše sa vyznačujú úžasnou výdržou – tento sval sa „neunaví“ani po milióne opakovaní akcie!
Z Texasu do Amuru
Objav vedcov z Dallasu inšpiroval mnohých vedcov z celého sveta. Iba jednému robotistovi sa však podarilo úspešne zopakovať svoju skúsenosť – Alexandrovi Nikolajevičovi Semochkinovi, vedúcemu laboratória informačných technológií na Bieloruskej štátnej pedagogickej univerzite.
Spočiatku vynálezca trpezlivo čakal na nové články vo vede o masovej implementácii vynálezu amerických kolegov. Keďže sa tak nestalo, amurský vedec sa so svojimi rovnako zmýšľajúcimi ľuďmi rozhodol zopakovať nádherný zážitok a vlastnými rukami si z medeného drôtu a vlasca vytvoriť umelé svaly. Ale, bohužiaľ, kópia nebola životaschopná.
Inšpirácia zo Skolkova
Návrat k takmer opusteným experimentom Alexandra Semochkina prinútila náhoda - vedec sa dostal na robotickú konferenciu v Skolkove, kde stretol podobne zmýšľajúceho človeka zo Zelenogradu, šéfa spoločnosti Neurobotics. Ako sa ukázalo, inžinieri tejto spoločnosti sú tiež zaneprázdnení vytváraním svalov z vlascov, ktoré sú celkom životaschopné.
Po návrate do svojej vlasti sa Alexander Nikolajevič pustil do práce s novým elánom. Za mesiac a pol dokázal nielen zostaviť funkčné umelé svaly, ale aj vytvoriť stroj na ich krútenie, ktorý vytvoril zvitky vlasca.prísne opakovateľné.
Umelá muskulatúra zvestovania
Na vytvorenie päťcentimetrového svalu potrebuje A. N. Semochkin niekoľko metrov drôtu a 20 cm obyčajného vlasca. 3D tlačený stroj na „výrobu“svalov, mimochodom, vykrúti sval za 10 minút. Potom sa štruktúra umiestni na pol hodiny do pece vyhriatej na +180 stupňov Celzia.
Takýto sval môžete aktivovať pomocou elektrického prúdu – stačí pripojiť jeho zdroj k drôtu. V dôsledku toho sa začne zahrievať a prenášať svoje teplo na vlasec. Ten je natiahnutý alebo stiahnutý – v závislosti od typu svalu, ktorý zariadenie skrútilo.
Plány vynálezcu
Novým projektom Alexandra Semochkina je „naučiť“vytvorené svaly rýchlejšie sa vrátiť do pôvodného stavu. Tomu môže pomôcť rýchle ochladenie napájacieho drôtu - vedec naznačuje, že takýto proces bude prebiehať rýchlejšie pod vodou. Po získaní takéhoto svalu sa jeho prvým majiteľom stane Iskanderus, antropomorfný robot Bieloruskej štátnej pedagogickej univerzity.
Vedec svoj vynález neutajuje - zverejňuje videá na YouTube a tiež plánuje napísať článok s podrobnými pokynmi na vytvorenie stroja, ktorý skrúca svaly z vlasca a drôtu.
Čas sa nezastaví – umelé svaly, o ktorých sme vám hovorili, sa už používajú v chirurgii endo- alaparoskopické operácie. A v laboratóriu "Disney" za ich účasti zostavili fungujúcu ruku.
