Модерните роботи могат да направят много. Но в същото време те са далеч от човешката лекота и изящество на движенията. И вината е - несъвършените изкуствени мускули. Учени от много страни се опитват да решат този проблем. Статията ще бъде посветена на кратък преглед на техните невероятни изобретения.
Полимерни мускули от сингапурски учени
Стъпка към повече хуманоидни роботи наскоро направиха изобретатели от Националния университет на Сингапур. Днес тежките андроиди се захранват от хидравлични системи. Значителен недостатък на последния е ниската скорост. Изкуствените мускули за роботи, представени от сингапурски учени, позволяват на киборгите не само да вдигат предмети, които са 80 пъти по-тежки от собственото им тегло, но и да го правят толкова бързо, колкото човек.
Иновативен дизайн, който се разтяга пет пъти на дължина, помага на роботите да "заобиколят" дори мравките, за които е известно, че могат да носят предмети, 20 пъти по-тежки от теглото на собствените им тела. Полимерните мускули имат следните предимства:
- гъвкавост;
- ударна сила;
- еластичност;
- способността да промените формата си за няколко секунди;
- способността за преобразуване на кинетичната енергия в електрическа енергия.
Учените обаче няма да спрат дотук - те планират да създадат изкуствени мускули, които да позволят на робота да вдига товар 500 пъти по-тежък от него!
Откритие от Харвард - мускули от електроди и еластомер
Изобретатели, които работят в Училището по приложни и инженерни науки към Харвардския университет, представиха качествено нови изкуствени мускули за така наречените "меки" роботи. Според учените тяхното дете, състоящо се от мек еластомер и електроди, които включват въглеродни нанотръби, не отстъпва по качество на човешките мускули!
Всички роботи, които съществуват днес, както вече споменахме, са базирани на задвижвания, чийто механизъм е хидравличен или пневматичен. Такива системи се захранват от сгъстен въздух или реакцията на химикали. Това прави невъзможно конструирането на робот, който да е мек и бърз като човек. Учени от Харвард елиминираха този недостатък, като създадоха качествено нова концепция за изкуствени мускули за роботи.
Новият "мускул" на киборг е многопластова структура, в която нанотръбни електроди, създадени в лабораторията на Кларк, контролират горния и долния слой на гъвкави еластомери, идея на учени от Калифорнийския университет. Такива мускулиидеален както за "меки" андроиди, така и за лапароскопски инструменти в хирургията.
Учените от Харвард не се спряха на това прекрасно изобретение. Една от последните им разработки е биороботът скат. Неговите компоненти са клетки на сърдечния мускул на плъх, злато и силикон.
Изобретението на групата на Баухман: друг вид изкуствен мускул, базиран на въглеродни нанотръби
През 1999 г. в австралийския град Кирхберг на 13-та среща на Международното зимно училище по електронните свойства на иновативните материали ученият Рей Баухман, който работи в Allied Signal и ръководи международна изследователска група, направи презентация. Постът му беше за правене на изкуствени мускули.
Разработчиците, водени от Рей Баучман, успяха да си представят въглеродни нанотръби под формата на листове нанохартия. Тръбите в това изобретение бяха по всякакъв възможен начин преплетени и смесени една с друга. Самата нанохартия приличаше на обикновена хартия по външния си вид - можеше да се държи в ръце, да се нарязва на ивици и парчета.
Експериментът на групата беше много прост на външен вид - учените прикрепиха парчета нанохартия към различни страни на тиксо и спуснаха тази структура в солен електропроводим разтвор. След включване на батерията с ниско напрежение и двете наноленти се удължиха, особено тази, свързана към отрицателния полюс на електрическата батерия; след това хартията се нави. Моделът на изкуствения мускул функционираше.
Самият Бауман вярва, че неговото изобретение след качествена модернизациязначително ще трансформира роботиката, защото такива въглеродни мускули, когато се огъват/разгъват, създават електрически потенциал - те произвеждат енергия. Освен това тези мускули са три пъти по-силни от човешките, могат да функционират при изключително високи и ниски температури, като използват нисък ток и напрежение за своята работа. Напълно възможно е да се използва за протезиране на човешки мускули.
Тексасски университет: изкуствени мускули, направени от въдица и конец за шиене
Една от най-впечатляващите е работата на изследователски екип от Тексаския университет, който се намира в Далас. Тя успя да се сдобие с модел на изкуствена мускулатура, по силата и мощността си напомня на реактивен двигател - 7,1 к.с./кг! Такива мускули са стотици пъти по-силни и по-продуктивни от човешките. Но най-удивителното тук е, че те са конструирани от примитивни материали - високоякостна полимерна въдица и конец за шиене.
Храненето на такъв мускул е температурна разлика. Осигурява се от конец за шиене, покрит с тънък слой метал. Въпреки това, в бъдеще мускулите на роботите могат да бъдат подхранвани от промени в температурата на околната среда. Това свойство, между другото, може да се приложи към адаптиращи се към времето дрехи и други подобни устройства.
Ако полимерът е усукан в една посока, той ще се свие рязко при нагряване и бързо ще се разтегне при охлаждане, а ако е усукан в обратна посока, ще бъде напълно противоположна. Такъв прост дизайн може например да върти общ ротор със скорост от 10 хиляди оборота / мин. Плюс такиваизкуствени мускули от въдица, тъй като те са в състояние да се свиват до 50% от първоначалната си дължина (човешки само с 20%). В допълнение, те се отличават с невероятна издръжливост - този мускул не се "уморява" дори след милион повторения на действието!
От Тексас до Амур
Откритието на учени от Далас вдъхнови много учени от цял свят. Само един роботист обаче успя да повтори успешно опита си - Александър Николаевич Семочкин, ръководител на лабораторията по информационни технологии в Белоруския държавен педагогически университет.
В началото изобретателят търпеливо чакаше нови статии в Science за масовото прилагане на изобретението на американските колеги. Тъй като това не се случи, амурският учен решава със своите съмишленици да повторят прекрасното преживяване и да създадат изкуствени мускули от медна тел и въдица със собствените си ръце. Но, уви, копието не беше жизнеспособно.
Вдъхновение от Сколково
Връщане към почти изоставените експерименти Александър Семочкин беше принуден от случайност - ученият стигна до конференция по роботика в Сколково, където се срещна със съмишленик от Зеленоград, ръководител на компанията Neurobotics. Както се оказа, инженерите на тази компания също са заети да създават мускули от въдици, които са доста жизнеспособни.
Връщайки се в родината си, Александър Николаевич се зае с нова сила. За месец и половина той успя не само да сглоби работещи изкуствени мускули, но и да създаде машина за усукването им, която направи намотки от въдицастрого повторяемо.
Изкуствена мускулатура на Благовещение
За да създаде петсантиметров мускул, А. Н. Семочкин се нуждае от няколко метра тел и 20 см обикновена въдица. Между другото, 3D отпечатана машина за "производство" на мускули усуква мускул за 10 минути. След това конструкцията се поставя във фурна, загрята до +180 градуса по Целзий за половин час.
Можете да активирате такъв мускул с помощта на електрически ток - просто свържете източника му към проводника. В резултат на това той започва да се нагрява и да предава топлината си на въдицата. Последният се разтяга или свива - в зависимост от вида мускул, който устройството е усукало.
Плановете на изобретателя
Новият проект на Александър Семочкин е да "научи" създадените мускули да се връщат в първоначалното си състояние по-бързо. За това може да помогне бързото охлаждане на захранващия проводник - ученият предполага, че подобен процес ще се случи по-бързо под вода. След като се получи такъв мускул, Искандерус, антропоморфен робот от Белоруския държавен педагогически университет, ще стане негов първи собственик.
Ученият не пази изобретението си в тайна - той публикува видеоклипове в YouTube, а също така планира да напише статия с подробни инструкции за създаване на машина, която усуква мускули от въдица и тел.
Времето не стои неподвижно - изкуствените мускули, за които ви казахме, вече се използват в хирургията за ендо- илапароскопски операции. И в лабораторията "Дисни" с тяхно участие те сглобиха работеща ръка.
