V velikem napredku v robotiki je bil prvič uspešno zasnovan robot z "mehkimi" človeku podobnimi mišicami. Takšni mehki roboti so lahko korist pri oblikovanju človeku prijaznih robotov v prihodnosti.
Roboti so programabilni stroji, ki se redno uporabljajo v industrijskih aplikacijah, na primer kot del avtomatizacije, zlasti proizvodnje, ker so zasnovani tako, da so dobri pri ponavljajočih se nalogah, ki zahtevajo veliko moči in moči. roboti komunicirajo s fizičnim svetom prek senzorjev in aktuatorjev v njih in jih je mogoče reprogramirati, zaradi česar so bolj uporabni in prilagodljivi kot rutinski enofunkcijski stroji. Iz načina, kako so ti roboti zasnovani za opravljanje dela, je očitno, da so njihovi gibi izredno togi, včasih sunkoviti, podobni stroju, težki, impozantni in niso uporabni, ko določena naloga zahteva različne količine sile ob različnih časih. točke. Roboti so včasih tudi nevarni in morda potrebujejo varna ohišja, saj niso občutljivi na okolico. Področje robotike raziskuje različne discipline za načrtovanje, izdelavo, programiranje in učinkovito uporabo robotskih strojev na različnih področjih industrije in medicinske tehnologije z različnimi zahtevami.
V nedavnih študijah dvojčkov, ki jih je vodil Christoph Keplinger, so raziskovalci opremili robote z novim razredom mišic, ki so zelo podobne našim človeškim mišicam in imajo ter projicirajo moč in občutljivost tako kot mi. Osrednja ideja je zagotoviti večnaravna” premikov do stroja, tj. robotov. 99.9 odstotka vseh današnjih robotov so togi stroji iz jekla ali kovine, medtem ko je biološko telo mehko, a ima neverjetne zmogljivosti. Te robote z "mehkimi" ali "bolj resničnimi" mišicami je mogoče ustrezno oblikovati za opravljanje rutinskih in delikatnih nalog (ki jih človeške mišice opravljajo vsakodnevno), na primer samo pobiranje mehkega sadja ali polaganje jajca v košaro. V primerjavi s tradicionalnimi roboti so roboti, opremljeni zumetne mišice' bodo kot 'mehkejše' različice samih sebe in varnejše, nato pa bi jih lahko prilagodili za izvajanje skoraj vseh nalog v bližini ljudi, kar nakazuje več možnih aplikacij, povezanih s človeškim življenjem in okoli njega. Mehke robote bi lahko imenovali "sodelujoči" roboti, saj bodo edinstveno zasnovani za izvajanje določene naloge na zelo podoben način kot človek.
Raziskovalci so poskušali ustvariti robote z mehkimi mišicami. Tak robot bo zahteval mehko mišice tehnologijo za poosebljanje človeških mišic in raziskovalci so preizkusili dve takšni tehnologiji – pnevmatske aktuatorje in dielektrične elastomerne aktuatorje. "Aktuator" je definiran kot dejanska naprava, ki premika robota, ali pa robot pokaže določeno gibanje. V pnevmatskih aktuatorjih se mehka vrečka črpa s plini ali tekočinami, da se ustvari določeno gibanje. To je preprosta zasnova, a še vedno močna, čeprav so črpalke nepraktične in imajo obsežne rezervoarje. Druga tehnologija – dielektrični elastomerni aktuatorji uporabljajo koncept uporabe električnega polja čez izolacijsko prožno plastiko, da jo deformirajo in tako ustvarijo gibanje. Ti dve tehnologiji sami po sebi še nista bili uspešni, saj ob prehodu elektrike skozi plastiko ti napravi klavrno odpovejo in tako niso odporni na mehanske poškodbe.
Več “človeškega kot” roboti s podobnimi mišicami
V študijah dvojčkov, o katerih so poročali v Znanost1 in Znanost Robotika2, so raziskovalci vzeli pozitivne vidike dveh razpoložljivih tehnologij za mehke mišice in ustvarili preprost aktuator, podoben mehkim mišicam, ki uporablja elektriko za spreminjanje gibanja tekočin znotraj majhnih vrečk. Te fleksibilne polimerne vrečke vsebujejo izolacijsko tekočino, na primer običajno olje (rastlinsko olje ali olje oljne repice) iz supermarketa ali katero koli podobno tekočino. Ko je bila med hidrogelnima elektrodama, nameščenima med obema stranema vrečke, priložena napetost, sta se strani pritegnili druga k drugi, pojavi se oljni krč, ki stisne tekočino v njej in povzroči, da teče v notranjosti vrečke. Ta napetost povzroči umetno krčenje mišic in ko je elektrika prekinjena, se olje spet sprosti in posnema umetni sprostitev mišic. Na ta način aktuator spremeni obliko in predmet, ki je povezan z aktuatorjem, kaže gibanje. Zato se ta "umetna mišica" skrči in sprosti (upogiba) v trenutku v milisekundah na enak način ter z enako natančnostjo in silo kot prave skeletne človeške mišice. Ti gibi lahko celo premagajo hitrost človeških mišičnih reakcij, ker človeške mišice hkrati komunicirajo z možgani, kar povzroča zamudo, čeprav neopazno. Zato je bil s to zasnovo dosežen tekoči sistem, ki je imel neposredno električno krmiljenje, ki kaže vsestranskost in visoko zmogljivost.
V prvi študiji1 in Znanost, aktuatorji so bili zasnovani v obliki krofa in so imeli sposobnost in spretnost, da poberejo in držijo malino skozi robotsko prijemalko (in ne razstrelijo sadja!). Za morebitno škodo, ki jo je povzročil udarec elektrike ob prehodu skozi izolacijsko tekočino (velika težava pri predhodno zasnovanih aktuatorjih), je bilo poskrbljeno tudi v trenutni zasnovi, morebitne električne poškodbe pa so se samozdravile ali takoj popravile samo z novimi. pretok tekočine v 'poškodovani' del s preprostim postopkom prerazporeditve. To so pripisali uporabi tekočega materiala, ki je bolj odporen, namesto trdne izolacijske plasti, ki je bila uporabljena v številnih prejšnjih zasnovah in je bila takoj poškodovana. V tem procesu je umetna mišica preživela več kot milijon ciklov krčenja. Ta poseben aktuator, ki je bil v obliki krofa, je zlahka nabral malino. Podobno so raziskovalci s prilagajanjem oblike teh elastičnih vrečk ustvarili široko paleto aktuatorjev z edinstvenimi gibi, na primer celo pobiranje krhkega jajca z natančnostjo in natančno zahtevano silo. Te prožne mišice so bile poimenovane kot "hidravlično ojačani samozdravilni elektrostatični" aktuatorji ali aktuatorji HASEL. V drugi študiji2 objavljeno v Znanstvena robotika, je ista ekipa ustvarila še dve drugi zasnovi mehkih mišic, ki se linearno skrčita, zelo podobno človeškemu bicepsu, tako da imata možnost večkratnega dvigovanja predmetov, težjih od lastne teže.
A Splošno mnenje je, da ker so roboti stroji, morajo imeti zagotovo prednost pred ljudmi, a ko gre za osupljive sposobnosti, ki nam jih nudijo naše mišice, bi lahko preprosto rekli, da roboti v primerjavi z njimi bledijo. Človeška mišica je izjemno močna in naši možgani imajo izjemno moč nadzora nad našimi mišicami. To je razlog, zakaj so človeške mišice sposobne natančno opravljati zapletene naloge, npr. pisanje. Naše mišice se pri opravljanju težke naloge večkrat skrčijo in sprostijo in pravijo, da dejansko uporabljamo le okoli 65 odstotkov zmogljivosti naših mišic in to mejo določa predvsem naše razmišljanje. Če si lahko predstavljamo robota, ki ima človeku podobne mehke mišice, bi bile moč in zmogljivosti ogromne. Te študije se obravnavajo kot prvi korak za razvoj aktuatorja, ki bi nekega dne lahko dosegel ogromne zmogljivosti resničnih bioloških mišic.
Stroškovno učinkovita 'mehka' robotika
Avtorji pravijo, da so materiali, kot so polimerne vrečke za čips, olje in celo elektrode, poceni in zlahka na voljo, saj stanejo le 0.9 USD (ali 10 centov). To je spodbudno za trenutne industrijske proizvodne enote in za raziskovalce, da nadaljujejo svoje strokovno znanje. Materiali, ki so poceni, so prilagodljivi in združljivi s trenutnimi industrijskimi praksami in takšne naprave bi se lahko uporabljale za številne aplikacije, kot so protetične naprave, ali kot človeški spremljevalec. To je še posebej zanimiv vidik, saj se izraz robotika vedno enači z visokimi stroški. Pomanjkljivost, povezana s tako umetno mišico, je velika količina električne energije, ki je potrebna za njeno delovanje, obstaja pa tudi možnost zagorevanja, če si robot prihrani preveč svoje moči. Mehki roboti so veliko bolj občutljivi kot njihovi tradicionalni robotski kolegi, zaradi česar je njihova zasnova bolj zahtevna, na primer možnosti prebadanja, izgube moči in razlitja olja. Ti mehki roboti zagotovo potrebujejo nekakšen vidik samozdravljenja, kot že mnogi nekateri mehki roboti.
Učinkoviti in robustni mehki roboti so lahko zelo uporabni v človeških življenjih, saj lahko dopolnjujejo ljudi in delajo z njimi kot »sodelujoči« roboti in ne kot roboti, ki nadomeščajo ljudi. Tudi tradicionalne protetične roke bi lahko bile bolj mehke, prijetne in občutljive. Te študije so obetavne in če bi se lahko spopadli z velikim povpraševanjem po moči, bi to lahko spremenilo prihodnost robotov v smislu njihove zasnove in načina gibanja.
***
{Izvirno raziskovalno nalogo lahko preberete s klikom na spodnjo povezavo DOI na seznamu citiranih virov}
Vir (i)
1. Acome et al. 2018. Hidravlično ojačani samozdravilni elektrostatični aktuatorji z zmogljivostjo, podobnimi mišicam. znanost. 359 (6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris et al. 2018. Peano-HASEL aktuatorji: mišično-mimetični, elektrohidravlični pretvorniki, ki se ob aktivaciji linearno skrčijo. Znanstvena robotika. 3 (14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
