Artėja diena, kai gali praeiti pro robotą ir net neįsivaizduoti, kad tai robotas. Per ilgus inžinerijos metus suteikėme robotams griaučius, smegenis, jutimus ir net nervų sistemą. Raumenys pasirodė ypač sudėtingi (ne tai, kad kiti dalykai buvo lengvi).
Harvardo Johno A. Paulsono inžinerijos ir taikomųjų mokslų mokyklos mokslininkai sukūrė 3D metodą, leidžiantį spausdinti dirbtinius raumenis primenančius siūlus, kurių judėjimas efektyviai užprogramuojamas tiesiai į medžiagą.
Atrodo, kad jų darbas yra arčiausiai į žmogų panašių raumenų, kuriuos turi robotų raumenų sistemos. Prieš tęsdami, jums nereikės nerimauti dėl vietos treniruoklių salėje robotų sukilimo metu. Tai dar ne tokio tipo raumuo… Dabar, kai to nepadarėme, kodėl pirmiausia reikia duoti roboto raumenis?
Reikalas tas, kad gamtos pasaulis reikalauja lankstumo. Viskas nuo medžių iki aštuonkojų lenkia ir sukasi. Mes taip pat sukūrėme žmonių pasaulį, kuriam reikia tokio pat gebėjimo prisitaikyti. Infrastruktūra, drabužiai, įrankiai ir net socialinė sąveika buvo sukurti atsižvelgiant į minkštųjų biologinių kūnų mechaniką.
Be lankstumo, sąveika su mūsų pasauliu yra viena iš priežasčių, kodėl robotikos inžinieriai stengiasi mašinas padaryti panašesnes į žmones, aprūpindami jas regėjimo sistemomis (akimis), mikrofonais (ausimis), garsiakalbiais (burnos), lietimo jutikliais ir daugeliu kitų sistemų.
Šios sistemos buvo nepaprastai funkcionalios ir veiksmingos. Tačiau raumenis buvo sunku atkartoti. Žmonėms raumenys yra tik dar vienas dalykas, kurio mes nepastebime. Jūs galvojate pajudinti ranką ir staiga ji levituoja tarsi magija. Išskyrus tai, kad tai nėra magija. Tai absurdiškai sudėtinga biologinė paleidimo sistema. Tie patys raumenys, kurie gali švelniai nukreipti teptuką per drobę, taip pat gali numušti duris, mesti kirvius, vaidinti baletą arba sugauti krintančius stiklinius indus, kol jie atsitrenkia į grindis.
Toks valdymo lygis stebina inžinerijos požiūriu.
Tradiciniai robotai jau itin gerai juda naudodami elektros variklius, hidrauliką ir pneumatines sistemas. Tačiau šios sistemos dažniausiai yra standžios, mechaniškai sudėtingos ir ne itin grakščios. Tikrai sklandus, organinis judėjimas išliko daug sunkiau atgaminamas.
Tiesą sakant, mokslininkai jau anksčiau sukūrė minkštus robotus. Pneumatiniai dirbtiniai raumenys, pavyzdžiui, naudoja suslėgtą orą, kad sukurtų sklandų, biologinį judėjimą. Kitose sistemose naudojami karščiui jautrūs metalai, elektrai reaguojantys polimerai, magnetinės medžiagos arba kabeliu valdomos sausgyslių sistemos, įkvėptos paties žmogaus kūno. Daugelis iš jų yra nepaprastai veiksmingi.
Problema yra kompromisuose.
Šioms sistemoms paprastai reikalingi dideli išoriniai kompresoriai, vandentiekis arba sunkios atramos sistemos. Kitiems reikalinga itin aukšta įtampa, jie generuoja per daug šilumos, juda lėtai arba juos sunku pagaminti į sudėtingas formas. Daugeliu atvejų pats „raumenys“ yra tik viena daug didesnės mechaninės sistemos dalis.
Tyrėjai galėjo rasti elegantiškesnį požiūrį. Užuot kūrę robotus su atskirais varikliais ir judančiais mechanizmais, komanda sukūrė dirbtinių, į raumenis panašių gijų, kurių judėjimas efektyviai užprogramuojamas tiesiai į medžiagą, 3D spausdinimo metodą.
Lewiso laboratorija / Harvardo SEAS
Jų sistemoje sujungiamos dviejų tipų minkštos medžiagos: „aktyvus“ skystųjų kristalų elastomeras, kuris kaitinant keičia formą, ir pasyvus elastomeras, atsparus deformacijai. Spausdinę abi medžiagas greta per besisukantį antgalį, tyrėjai gali tiksliai kontroliuoti, kaip vėliau elgsis skirtingos kaitinimo siūlelio dalys.
Kaitinant, aktyvi medžiaga susitraukia pageidaujama molekuline kryptimi. Kadangi pasyvioji medžiaga priešinasi šiam susitraukimui, neatitikimas verčia siūlą sulenkti, susisukti, susisukti arba susivynioti. Purkštuko pasukimas spausdinimo metu suteikia dar vieną valdymo sluoksnį, rašant spiralinius molekulinio išlygiavimo raštus tiesiai į struktūrą.
Galima užprogramuoti vieną siūlą tiesinti, spirale, veržtis, susitraukti arba išsiplėsti, priklausomai nuo jo vidinių medžiagų išdėstymo, be krumpliaračių, standžių jungčių ar mechaninių sistemų po surinkimo.
Komanda tai pademonstravo spausdindama minkštas groteles ir banguotus siūlus, kurie karščio metu deformuojasi labai skirtingai. Kai kurios konstrukcijos kaitinant išsiplėtė, o kitos susitraukė. Vienoje demonstracijoje plokščios grotelės virto kupolu panašiomis formomis. Kitu atveju mokslininkai sukūrė minkštus griebtuvus, galinčius nuleisti ant daiktų, priveržti aplink juos, pakelti ir vėliau atleisti.
3D spausdintos, į raumenis panašios medžiagos, kurios pagal poreikį susisuka ir suvyniojamos
Tyrėjai teigia, kad ši technologija ilgainiui galėtų įgalinti prisitaikančius minkštus robotų griebtuvus, aktyvius filtrus, biomedicininius prietaisus, į temperatūrą reaguojančias struktūras ir formą keičiančias robotines sistemas. Kadangi šis metodas yra suderinamas su 3D spausdinimu, jis taip pat atveria duris labai pritaikomai architektūrai, kurią būtų sunku sukurti naudojant įprastas pavaras.
Tačiau vis dar yra didelių apribojimų. Šiuo metu sistema suaktyvinama šiluma, o tai reiškia, kad reakcijos laikas ir energijos vartojimo efektyvumas išlieka iššūkiais. Konstrukcijos taip pat vis dar yra eksperimentinės ir niekur nepasirengusios pakeisti tradicines robotines pavaras didelės galios programose.
Šaltinis: Harvardo universitetas
Nuoroda į informacijos šaltinį