რობოტიკაში მნიშვნელოვანი წინსვლისას, რობოტი "რბილი" ადამიანის მსგავსი კუნთებით პირველად წარმატებით შეიქმნა. ასეთი რბილი რობოტები შეიძლება იყოს სიკეთე მომავალში ადამიანის მეგობრული რობოტების დიზაინისთვის.
რობოტები არის პროგრამირებადი მანქანები, რომლებიც რეგულარულად გამოიყენება სამრეწველო აპლიკაციებში, მაგალითად, როგორც ავტომატიზაციის ნაწილი, განსაკუთრებით წარმოებაში, რადგან ისინი შექმნილია იმისთვის, რომ კარგად გააკეთონ განმეორებითი ამოცანები, რომლებიც საჭიროებენ დიდ ძალასა და ძალას. სამსახური ურთიერთქმედება ფიზიკურ სამყაროსთან მათში არსებული სენსორების და აქტივატორების მეშვეობით და ისინი რეპროგრამირებადია, რაც მათ უფრო სასარგებლო და მოქნილს ხდის, ვიდრე ჩვეულებრივი ერთფუნქციური მანქანები. ამ რობოტების სამუშაოს შესასრულებლად აშკარაა, რომ მათი მოძრაობები არის უკიდურესად ხისტი, ზოგჯერ მკვეთრი, მანქანური და მძიმე, დაძაბული და ისინი არ არიან სასარგებლო, როდესაც კონკრეტული დავალება მოითხოვს სხვადასხვა დროს ძალის ცვლადი რაოდენობას. ქულები. რობოტები ასევე ზოგჯერ სახიფათოა და შეიძლება დაგჭირდეთ უსაფრთხო შიგთავსები, რადგან ისინი არ არიან მგრძნობიარენი გარემოს მიმართ. რობოტიკის სფერო იკვლევს სხვადასხვა დისციპლინას, რათა შეიმუშაოს, ააშენოს, დაპროგრამდეს და ეფექტურად გამოიყენოს რობოტული მანქანები მრეწველობისა და სამედიცინო ტექნოლოგიების სხვადასხვა სფეროში, განსხვავებული მოთხოვნებით.
კრისტოფ კეპლინჯერის ხელმძღვანელობით ჩატარებულ ბოლო კვლევებში, მკვლევარებმა რობოტები დააყენეს კუნთების ახალი კლასით, რომლებიც ძალიან ჰგავს ჩვენი ადამიანის კუნთებს და მათ აქვთ და გამოხატავენ ძალასა და მგრძნობელობას, ისევე როგორც ჩვენ. ცენტრალური იდეა არის მეტის მიწოდებაბუნებრივი” მოძრაობები მანქანაზე ანუ რობოტებზე. ყველა რობოტის 99.9 პროცენტი დღეს არის ხისტი მანქანები დამზადებული ფოლადის ან ლითონისგან, მაშინ როცა ბიოლოგიური სხეული რბილია, მაგრამ აქვს წარმოუდგენელი შესაძლებლობები. ეს რობოტები "რბილი" ან "უფრო რეალური" კუნთებით შეიძლება იყოს შემუშავებული რუტინული და დელიკატური ამოცანების შესასრულებლად (რომლებსაც ადამიანის კუნთები ასრულებენ ყოველდღიურად), მაგალითად, უბრალოდ რბილი ხილის აკრეფა ან კალათაში კვერცხის მოთავსება. ტრადიციულ რობოტებთან შედარებით, რობოტები აღჭურვილია 'ხელოვნური კუნთებიიქნება საკუთარი თავის „უფრო რბილი“ ვერსიები და უფრო უსაფრთხო და შემდეგ მათი მორგება შესაძლებელია თითქმის ნებისმიერი ამოცანის შესასრულებლად ადამიანების სიახლოვეს, რაც ვარაუდობს რამდენიმე შესაძლო აპლიკაციას, რომელიც დაკავშირებულია ადამიანის სიცოცხლესთან და მის გარშემო. რბილ რობოტებს შეიძლება ეწოდოს "თანამშრომლობითი" რობოტები, რადგან ისინი ცალსახად იქნება შექმნილი კონკრეტული ამოცანის შესასრულებლად ადამიანის მსგავსად.
მკვლევარები ცდილობდნენ რბილი კუნთების რობოტების შექმნას. ასეთ რობოტს დასჭირდება რბილი კუნთების მკვლევარებმა გამოსცადეს ადამიანის კუნთების განსახიერების ტექნოლოგია და ორი ასეთი ტექნოლოგია - პნევმატური აქტივატორები და დიელექტრიკული ელასტომერი. "გამააქტიურებელი" განისაზღვრება, როგორც ფაქტობრივი მოწყობილობა, რომელიც მოძრაობს რობოტს, ან რობოტი აჩვენებს კონკრეტულ მოძრაობას. პნევმატურ აქტივატორებში რბილი ჩანთა ამოტუმბულია გაზებით ან სითხეებით კონკრეტული მოძრაობის შესაქმნელად. ეს არის მარტივი დიზაინი, მაგრამ მაინც ძლიერი, თუმცა ტუმბოები არაპრაქტიკულია და მათ აქვთ მოცულობითი რეზერვუარები. მეორე ტექნოლოგია - დიელექტრიკული ელასტომერის აქტივატორები იყენებენ ელექტრული ველის გამოყენების კონცეფციას საიზოლაციო მოქნილ პლასტმასზე მის დეფორმირებისთვის და ამით მოძრაობის შესაქმნელად. ეს ორი ტექნოლოგია თავისთავად ჯერ არ არის წარმატებული, რადგან როდესაც ელექტროენერგიის ჭანჭიკი გადის პლასტმასში, ეს მოწყობილობები საგრძნობლად იშლება და, შესაბამისად, არ არის მდგრადი მექანიკური დაზიანების მიმართ.
მეტი ”ადამიანის მსგავსი“ რობოტები მსგავსი კუნთებით
ტყუპების კვლევებში მოხსენებული მეცნიერება1 მდე მეცნიერება რობოტები2მკვლევარებმა აიღეს ორი ხელმისაწვდომი რბილი კუნთების ტექნოლოგიის დადებითი ასპექტები და შექმნეს მარტივი რბილი კუნთის მსგავსი აქტივატორი, რომელიც იყენებს ელექტროენერგიას სითხეების მოძრაობის შესაცვლელად პატარა ჩანთებში. ეს მოქნილი პოლიმერული ჩანთები შეიცავს საიზოლაციო სითხეს, მაგალითად, ჩვეულებრივი ზეთი (მცენარეული ან კანოლას ზეთი) სუპერმარკეტიდან, ან ნებისმიერი მსგავსი სითხის გამოყენება შეიძლება. მას შემდეგ, რაც ძაბვა გამოიყენეს ჩანთის ორ მხარეს შორის მოთავსებულ ჰიდროგელის ელექტროდებს შორის, გვერდები მიიზიდა ერთმანეთზე, ხდება ზეთის სპაზმი, იკუმშება მასში არსებული სითხე და იწვევს მის შემოდინებას ჩანთაში. ეს დაძაბულობა ქმნის კუნთების ხელოვნურ შეკუმშვას და ელექტროენერგიის გათიშვის შემდეგ, ზეთი კვლავ მოდუნდება, მიბაძავს ხელოვნური კუნთების რელაქსაცია. აქტივატორი ამ გზით იცვლის ფორმას და ობიექტი, რომელიც დაკავშირებულია ამძრავთან, აჩვენებს მოძრაობას. მაშასადამე, ეს „ხელოვნური კუნთი“ იკუმშება და იხსნება (მოქნილი) მყისიერად მილიწამებში იმავე წესით და იგივე სიზუსტით და ადამიანის რეალური ჩონჩხის კუნთების ძალით. ამ მოძრაობებს შეუძლიათ ადამიანის კუნთების რეაქციების სიჩქარეც კი დაამარცხონ, რადგან ადამიანის კუნთები ერთდროულად ურთიერთობენ ტვინთან, რაც იწვევს შეფერხებას, თუმცა შეუმჩნევლად. ამრიგად, ამ დიზაინის საშუალებით, მიღწეული იქნა სითხის სისტემა, რომელსაც ჰქონდა პირდაპირი ელექტრული კონტროლი, რომელიც ავლენდა მრავალფეროვნებას და მაღალ შესრულებას.
პირველ კვლევაში1 in მეცნიერება, ამძრავები შემუშავებული იყო დონატის სახით და მათ ჰქონდათ უნარი და ოსტატობა, აეღოთ და დაეჭირათ ჟოლო რობოტული სამაგრის მეშვეობით (და არა ნაყოფის აფეთქება!). საიზოლაციო სითხეში გავლისას ელექტროენერგიის ჭანჭიკით გამოწვეული შესაძლო დაზიანება (წინასწარ შემუშავებული ამძრავების მთავარი პრობლემა) ასევე მოგვარებული იყო მიმდინარე დიზაინში და ნებისმიერი ელექტრული დაზიანება თვითგანკურნებული ან მყისიერად შეკეთდა ახლით. სითხის გადინება "დაზიანებულ" ნაწილში გადანაწილების მარტივი პროცესით. ეს მიეკუთვნებოდა თხევადი მასალის გამოყენებას, რომელიც უფრო ელასტიურია, მყარი საიზოლაციო ფენის ნაცვლად, რომელიც გამოყენებული იყო ბევრ წინა დიზაინში და რომელიც მყისიერად დაზიანდა. ამ პროცესში ხელოვნური კუნთი გადაურჩა მილიონზე მეტ შეკუმშვის ციკლს. ამ კონკრეტულ აქტუატორს, დონატის ფორმის, ადვილად შეეძლო ჟოლოს არჩევა. ანალოგიურად, ამ ელასტიური ჩანთების ფორმის მორგებით, მკვლევარებმა შექმნეს აქტივატორების ფართო სპექტრი უნიკალური მოძრაობებით, მაგალითად, მყიფე კვერცხსაც კი აკრეფდნენ სიზუსტით და ზუსტი საჭირო ძალით. ამ მოქნილ კუნთებს უწოდეს „ჰიდრავლიკურად გაძლიერებული თვითშემხორცებელი ელექტროსტატიკური“ ან HASEL აქტივატორები. მეორე კვლევაში.2 გამოქვეყნდა მეცნიერება რობოტებიიმავე ჯგუფმა შექმნა კიდევ ორი რბილი კუნთის დიზაინი, რომლებიც წრფივად იკუმშება, ძალიან ჰგავს ადამიანის ბიცეფსს, რითაც აქვს შესაძლებლობა განმეორებით აწიოს საკუთარ წონაზე მძიმე საგნები.
ზოგადი მოსაზრებაა, რომ რადგან რობოტები მანქანებია, ამიტომ მათ აუცილებლად უნდა ჰქონდეთ უპირატესობა ადამიანებზე, მაგრამ როდესაც საქმე ეხება გასაოცარ უნარებს, რომლებსაც ჩვენი კუნთები გვაძლევს, უბრალოდ შეიძლება ითქვას, რომ რობოტები ფერმკრთალი არიან შედარებით. ადამიანის კუნთი ძალზე ძლიერია და ჩვენს ტვინს აქვს არაჩვეულებრივი კონტროლი ჩვენს კუნთებზე. ეს არის მიზეზი, რის გამოც ადამიანის კუნთებს შეუძლიათ შეასრულონ რთული ამოცანები, მაგ. წერა. ჩვენი კუნთები არაერთხელ იკუმშება და მოდუნდება მძიმე დავალების შესრულებისას და ამბობენ, რომ ჩვენ რეალურად ვიყენებთ ჩვენი კუნთების მხოლოდ 65 პროცენტს და ეს ზღვარი ძირითადად ჩვენი აზროვნებით არის დადგენილი. თუ ჩვენ შეგვიძლია წარმოვიდგინოთ რობოტი, რომელსაც აქვს ადამიანის მსგავსი რბილი კუნთები, ძალა და შესაძლებლობები უზარმაზარი იქნება. ეს კვლევები განიხილება, როგორც პირველი ნაბიჯი აქტივატორის შესაქმნელად, რომელსაც შეუძლია ერთ დღეს მიაღწიოს რეალური ბიოლოგიური კუნთების უზარმაზარ შესაძლებლობებს.
ეკონომიურად ეფექტური "რბილი" რობოტიკა
ავტორები ამბობენ, რომ ისეთი მასალები, როგორიცაა კარტოფილის ჩიფსების პოლიმერული ჩანთები, ზეთი და ელექტროდებიც კი არის იაფი და ადვილად ხელმისაწვდომი, ხოლო ღირებულება მხოლოდ 0.9 აშშ დოლარამდეა (ან 10 ცენტი). ეს წამახალისებელია ამჟამინდელი სამრეწველო საწარმოო ერთეულებისთვის და მკვლევრებისთვის, რათა გაზარდონ თავიანთი გამოცდილება. მასალები, რომლებიც იაფფასიანია, მასშტაბირებადია და თავსებადია მიმდინარე ინდუსტრიის პრაქტიკასთან და ასეთი მოწყობილობები შეიძლება გამოყენებულ იქნას მრავალი აპლიკაციისთვის, როგორიცაა პროთეზირება, ან როგორც ადამიანის კომპანიონი. ეს განსაკუთრებით საინტერესო ასპექტია, ვინაიდან ტერმინი რობოტიკა ყოველთვის გაიგივებულია მაღალ ხარჯებთან. ასეთ ხელოვნურ კუნთთან დაკავშირებული ნაკლი არის ელექტროენერგიის დიდი რაოდენობა, რომელიც საჭიროა მისი მუშაობისთვის და ასევე არსებობს დაწვის შანსი, თუ რობოტი ინახავს ძალიან დიდ ძალას. რბილი რობოტები ბევრად უფრო დელიკატურია, ვიდრე მათი ტრადიციული რობოტები, რაც მათ დიზაინს უფრო რთულს ხდის, მაგალითად, პუნქციის, ენერგიის დაკარგვისა და ზეთის დაღვრის შესაძლებლობას. ამ რბილ რობოტებს აუცილებლად სჭირდებათ თვითგანკურნების ასპექტი, როგორც ბევრ რბილ რობოტს უკვე სჭირდება.
ეფექტური და ძლიერი რბილი რობოტები შეიძლება იყოს ძალიან სასარგებლო ადამიანის ცხოვრებაში, რადგან მათ შეუძლიათ შეავსონ ადამიანები და იმუშაონ მათთან, როგორც "თანამშრომლობითი" რობოტები და არა რობოტები, რომლებიც ანაცვლებენ ადამიანებს. ასევე, ტრადიციული პროთეზირებული ხელები შეიძლება იყოს უფრო რბილი, სასიამოვნო და მგრძნობიარე. ეს კვლევები იმედისმომცემია და თუ ელექტროენერგიის მაღალი მოთხოვნილების დაძლევა შესაძლებელი იქნება, მას აქვს პოტენციალი მოახდინოს რევოლუცია რობოტების მომავალზე მათი დიზაინისა და მათი მოძრაობის თვალსაზრისით.
***
წყარო (ებ) ი
1. აკომე და სხვ. 2018. ჰიდრავლიკურად გაძლიერებული თვითშემხორცებელი ელექტროსტატიკური აქტივატორები კუნთების მსგავსი შესრულებით. მეცნიერება. 359(6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. კელარისი და სხვ. 2018. Peano-HASEL აქტივატორები: კუნთების მიმიტური, ელექტროჰიდრავლიკური გადამყვანები, რომლებიც ხაზობრივად იკუმშებიან გააქტიურებისას. მეცნიერება რობოტები. 3 (14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
***
