Moderne robots kunnen veel. Maar tegelijkertijd zijn ze verre van menselijk gemak en gratie van bewegingen. En de fout is - onvolmaakte kunstmatige spieren. Wetenschappers uit vele landen proberen dit probleem op te lossen. Het artikel zal gewijd zijn aan een kort overzicht van hun verbazingwekkende uitvindingen.
Polymeerspieren van wetenschappers uit Singapore
Een stap naar meer humanoïde robots is onlangs gemaakt door uitvinders van de National University of Singapore. Tegenwoordig worden zwaargewicht androïden aangedreven door hydraulische systemen. Een belangrijk nadeel van deze laatste is de lage snelheid. Kunstmatige spieren voor robots, gepresenteerd door Singaporese wetenschappers, stellen cyborgs in staat om niet alleen objecten op te tillen die 80 keer zwaarder zijn dan hun eigen gewicht, maar ook om dit zo snel als een persoon te doen.
Een innovatief ontwerp dat zich vijf keer in lengte uitstrekt, helpt robots om zelfs mieren te 'ontwijken', waarvan bekend is dat ze objecten kunnen dragen die 20 keer zwaarder zijn dan het gewicht van hun eigen lichaam. Polymeerspieren hebben de volgende voordelen:
- flexibiliteit;
- slagkracht;
- elasticiteit;
- de mogelijkheid om in een paar seconden van vorm te veranderen;
- het vermogen om kinetische energie om te zetten in elektrische energie.
Wetenschappers stoppen daar echter niet - ze zijn van plan kunstmatige spieren te creëren waarmee de robot een last kan tillen die 500 keer zwaarder is dan hijzelf!
Ontdekking van Harvard - spieren van elektroden en elastomeer
Uitvinders die werken aan de School of Applied and Engineering Sciences aan de Harvard University hebben kwalitatief nieuwe kunstmatige spieren gepresenteerd voor de zogenaamde "zachte" robots. Volgens wetenschappers is hun geesteskind, bestaande uit een zacht elastomeer en elektroden, waaronder koolstofnanobuisjes, niet inferieur aan menselijke spieren!
Alle robots die vandaag bestaan, zoals eerder vermeld, zijn gebaseerd op aandrijvingen, waarvan het mechanisme hydraulisch of pneumatisch is. Dergelijke systemen worden aangedreven door perslucht of de reactie van chemicaliën. Hierdoor is het onmogelijk om een robot te bouwen die zo zacht en snel is als een mens. Wetenschappers van Harvard hebben deze tekortkoming verholpen door een kwalitatief nieuw concept van kunstmatige spieren voor robots te creëren.
De nieuwe cyborg-"spier" is een meerlagige structuur waarin nanobuis-elektroden die in het laboratorium van Clark zijn gemaakt, de boven- en onderlagen van flexibele elastomeren besturen, het geesteskind van wetenschappers van de Universiteit van Californië. zulke spierenideaal voor zowel "zachte" androïden als laparoscopische instrumenten in chirurgie.
Harvard-wetenschappers stopten niet bij deze prachtige uitvinding. Een van hun laatste ontwikkelingen is een pijlstaartrog-biorobot. De componenten zijn hartspiercellen van ratten, goud en siliconen.
De uitvinding van de Bauchmann-groep: een ander type kunstmatige spier op basis van koolstofnanobuisjes
In 1999 in de Australische stad Kirchberg tijdens de 13e bijeenkomst van de International Winter School on the Electronic Properties of Innovative Materials, maakte de wetenschapper Ray Bauchman, die bij Allied Signal werkt en een internationale onderzoeksgroep leidt, een presentatie. Zijn post ging over het maken van kunstmatige spieren.
Ontwikkelaars onder leiding van Ray Bauchman konden zich koolstofnanobuisjes voorstellen in de vorm van vellen nanopapier. De buizen in deze uitvinding waren op alle mogelijke manieren met elkaar verweven en vermengd. Het nanopapier zelf leek qua uiterlijk op gewoon papier - het kon in de handen worden gehouden, in reepjes en stukjes worden gesneden.
Het experiment van de groep zag er heel eenvoudig uit: wetenschappers bevestigden stukjes nanopapier aan verschillende kanten van plakband en lieten deze structuur zakken tot een zoute elektrisch geleidende oplossing. Nadat de laagspanningsbatterij was ingeschakeld, werden beide nanostrips langwerpig, vooral degene die was aangesloten op de negatieve pool van de elektrische batterij; toen krulde het papier op. Het kunstmatige spiermodel functioneerde.
Bauhman zelf gelooft dat zijn uitvinding na een kwalitatieve moderniseringzal robotica aanzienlijk transformeren, omdat dergelijke koolstofspieren, wanneer ze worden gebogen / uitgestrekt, een elektrisch potentieel creëren - ze produceren energie. Bovendien zijn dergelijke spieren drie keer sterker dan de mens, kunnen ze functioneren bij extreem hoge en lage temperaturen en gebruiken ze lage stroom en spanning voor hun werk. Het is heel goed mogelijk om het te gebruiken voor protheses van menselijke spieren.
Universiteit van Texas: kunstmatige spieren gemaakt van vislijn en naaigaren
Een van de meest opvallende is het werk van een onderzoeksteam van de Universiteit van Texas, gevestigd in Dallas. Ze slaagde erin een model van kunstmatige spieren te krijgen, in zijn kracht en kracht die doet denken aan een straalmotor - 7,1 pk / kg! Dergelijke spieren zijn honderden keren sterker en productiever dan menselijke. Maar het meest verbazingwekkende hier is dat ze zijn gemaakt van primitieve materialen - een zeer sterke polymeervislijn en naaigaren.
De voeding van zo'n spier is een temperatuurverschil. Het wordt geleverd door een naaigaren bedekt met een dunne laag metaal. In de toekomst kunnen de spieren van robots echter worden gevoed door veranderingen in de temperatuur van hun omgeving. Deze eigenschap kan trouwens heel goed worden toegepast op weersafhankelijke kleding en andere soortgelijke apparaten.
Als het polymeer in één richting wordt gedraaid, zal het sterk krimpen bij verwarming en snel uitrekken bij afkoeling, en als het in de tegenovergestelde richting wordt gedraaid, zal het volledig tegengesteld zijn. Zo'n eenvoudig ontwerp kan bijvoorbeeld een totale rotor draaien met een snelheid van 10.000 omwentelingen / min. plus zulkekunstmatige spieren van de vislijn in die zin dat ze tot 50% van hun oorspronkelijke lengte kunnen samentrekken (alleen bij 20% van de mens). Bovendien onderscheiden ze zich door een verbazingwekkend uithoudingsvermogen - deze spier wordt niet "vermoeid", zelfs niet na een miljoen herhalingen van de actie!
Van Texas naar Amur
De ontdekking van wetenschappers uit Dallas heeft veel wetenschappers van over de hele wereld geïnspireerd. Slechts één roboticus slaagde er echter in om hun ervaring met succes te herhalen - Alexander Nikolajevitsj Semochkin, hoofd van het laboratorium voor informatietechnologie aan de Wit-Russische Pedagogische Staatsuniversiteit.
In het begin wachtte de uitvinder geduldig op nieuwe artikelen in Science over de massale implementatie van de uitvinding van Amerikaanse collega's. Omdat dit niet gebeurde, besloot de Amoer-wetenschapper met zijn gelijkgestemde mensen om de geweldige ervaring te herhalen en met hun eigen handen kunstmatige spieren te maken van koperdraad en vislijn. Maar helaas, de kopie was niet levensvatbaar.
Inspiratie van Skolkovo
Terug naar bijna verlaten experimenten Alexander Semochkin werd door een toeval gedwongen - de wetenschapper ging naar een roboticaconferentie in Skolkovo, waar hij een gelijkgestemde persoon uit Zelenograd ontmoette, het hoofd van het bedrijf Neurobotics. Het bleek dat de ingenieurs van dit bedrijf ook bezig zijn met het maken van spieren van vislijnen, die behoorlijk levensvatbaar zijn.
Alexander Nikolajevitsj keerde terug naar zijn vaderland en ging met hernieuwde kracht aan het werk. In anderhalve maand was hij niet alleen in staat om werkbare kunstmatige spieren te assembleren, maar ook om een machine te maken om ze te draaien, die rollen vislijn maaktestrikt herhaalbaar.
Annunciatie kunstmatige musculatuur
Om een spier van vijf centimeter te creëren, heeft A. N. Semochkin enkele meters draad en 20 cm gewone vislijn nodig. Een 3D-geprinte spier "productie" machine, trouwens, verdraait een spier in 10 minuten. Vervolgens wordt de structuur een half uur in een tot +180 graden Celsius verwarmde oven geplaatst.
Je kunt zo'n spier activeren met behulp van elektrische stroom - sluit gewoon de bron aan op de draad. Als gevolg hiervan begint het op te warmen en zijn warmte over te dragen aan de vislijn. De laatste wordt uitgerekt of samengetrokken - afhankelijk van het type spier dat het apparaat heeft gedraaid.
Plannen van de uitvinder
Alexander Semochkin's nieuwe project is om de gecreëerde spieren te "leren" om sneller terug te keren naar hun oorspronkelijke staat. Dit kan worden geholpen door de snelle afkoeling van de stroomdraad - de wetenschapper suggereert dat een dergelijk proces onder water sneller zal plaatsvinden. Nadat zo'n spier is verkregen, wordt Iskanderus, een antropomorfe robot van de Wit-Russische Pedagogische Staatsuniversiteit, de eerste eigenaar.
De wetenschapper houdt zijn uitvinding niet geheim - hij plaatst video's op YouTube en is ook van plan een artikel te schrijven met gedetailleerde instructies voor het maken van een machine die spieren van vislijn en draad verdraait.
De tijd staat niet stil - de kunstmatige spieren waarover we u vertelden, worden al gebruikt bij operaties voor endo- enlaparoscopische operaties. En in het laboratorium "Disney" hebben ze met hun deelname een functionerende hand verzameld.
