In 'n groot vooruitgang in robotika, is robot met 'sagte' mensagtige spiere vir die eerste keer suksesvol ontwerp. Sulke sagte robotte kan 'n seën wees om mensvriendelike robotte in die toekoms te ontwerp.
Robotte is programmeerbare masjiene wat gereeld in industriële toepassings gebruik word, byvoorbeeld as deel van outomatisering, veral vervaardiging omdat hulle ontwerp is om goed te wees in herhalende take wat baie krag en krag vereis. robots interaksie met die fisiese wêreld via sensors en aktueerders daarin en hulle is herprogrammeerbaar wat hulle meer bruikbaar en buigsaam maak as roetine-enkelfunksiemasjiene. Dit is duidelik uit die manier waarop hierdie robotte ontwerp is om die werk te doen dat hul bewegings uiters rigied, soms rukkerig, masjienagtig is en hulle is swaar, imposant en hulle is nie nuttig wanneer 'n spesifieke taak veranderlike hoeveelhede krag op verskillende tye vereis punte. Robotte is ook soms gevaarlik en het dalk veilige omhulsels nodig aangesien hulle nie sensitief is vir hul omgewing nie. Die veld van robotika ondersoek 'n verskeidenheid dissiplines om robotmasjiene te ontwerp, bou, programmeer en doeltreffend te gebruik in verskeie gebiede van die industrie en mediese tegnologie met verskillende vereistes.
In onlangse tweelingstudies gelei deur Christoph Keplinger, het navorsers robotte toegerus met 'n nuwe klas spiere wat baie soortgelyk is aan ons menslike spiere en hulle besit en projekteer krag en sensitiwiteit net soos ons. Die sentrale idee is om meer "natuurlike” bewegings na die masjien maw robotte. 99.9 persent van alle robotte vandag is rigiede masjiene wat van staal of metaal gemaak is, terwyl 'n biologiese liggaam sag is, maar ongelooflike vermoëns het. Hierdie robotte met 'sagte' of 'meer regte' spiere kan gepas ontwerp word om roetine en delikate take uit te voer (wat menslike spiere daagliks verrig), byvoorbeeld om net 'n sagte vrug op te tel of 'n eier in 'n mandjie te plaas. In vergelyking met tradisionele robotte, is robotte toegerus met 'kunsmatige spiere' sal soos 'n 'sagter' weergawe van hulself en veiliger wees en hulle kan dan aangepas word om byna enige taak in die nabyheid van mense uit te voer, wat verskeie moontlike toepassings voorstel wat met en rondom die menslike lewe verband hou. Sagte robotte kan na verwys word as 'samewerkende' robotte, aangesien hulle uniek ontwerp sal wees om 'n spesifieke taak op 'n baie soortgelyke manier as 'n mens uit te voer.
Navorsers het probeer om sagte spierrobotte te skep. So 'n robot sal 'n sagte benodig spiere tegnologie om die menslike spiere na te boots en twee sulke tegnologieë is deur navorsers beproef – pneumatiese aktuators en diëlektriese elastomeer aktuators. Die 'aktuator' word gedefinieer as die werklike toestel wat die robot beweeg, of die robot wys 'n spesifieke beweging. In pneumatiese aktuators word 'n sagte sakkie met gasse of vloeistowwe gepomp om 'n bepaalde beweging te skep. Dit is 'n eenvoudige ontwerp, maar steeds kragtig al is die pompe onprakties en hulle het lywige reservoirs. Die tweede tegnologie – diëlektriese elastomeer-aktueerders gebruik die konsep om 'n elektriese veld oor 'n isolerende buigsame plastiek toe te pas om dit te vervorm en sodoende 'n beweging te skep. Hierdie twee tegnologieë op hul eie was nog nie suksesvol nie, want wanneer 'n bout elektrisiteit deur die plastiek gaan, faal hierdie toestelle klaaglik en is dus nie bestand teen meganiese skade nie.
Meer "menslike hou van”-robotte met soortgelyke spiere
In die tweeling studies berig in Wetenskap1 en Wetenskappe Robotics2, Navorsers het die positiewe aspekte van die twee beskikbare sagtespiertegnologieë geneem en 'n eenvoudige sagte spieragtige aktuator geskep wat elektrisiteit gebruik om die beweging van vloeistowwe binne klein sakkies te verander. Hierdie buigsame polimeersakkies bevat 'n isolerende vloeistof, byvoorbeeld 'n gewone olie (groente-olie of kanola-olie) uit die supermark, of enige soortgelyke vloeistof kan gebruik word. Sodra spanning aangelê is tussen die hidrogelelektrodes wat tussen die twee kante van die sakkie geplaas is, is die kante na mekaar getrek, oliespasma vind plaas, wat die vloeistof daarin druk en dit laat rondvloei binne-in die sakkie. Hierdie spanning skep 'n kunsmatige spiersametrekking en sodra die elektrisiteit afgesny is, ontspan die olie weer, wat 'n kunsmatige spierverslapping. Die aktuator verander op hierdie manier van vorm, en die voorwerp wat aan die aktuator gekoppel is, toon 'n beweging. Daarom trek hierdie 'kunsmatige spier' saam en laat (buig) onmiddellik in millisekondes op dieselfde manier en met dieselfde akkuraatheid en krag as werklike skeletspiere. Hierdie bewegings kan selfs die spoed van menslike spierreaksies klop omdat menslike spiere gelyktydig met die brein kommunikeer wat 'n vertraging veroorsaak, hoewel onopvallend. Daarom, deur hierdie ontwerp, is 'n vloeistofstelsel verkry wat direkte elektriese beheer gehad het wat veelsydigheid en hoë werkverrigting toon.
In die eerste studie1 in Wetenskap, aktuators is ontwerp in die vorm van 'n doughnut en hulle het die vermoë en behendigheid gehad om 'n framboos deur 'n robotgryper op te tel en vas te hou (en nie die vrugte te ontplof nie!). Die moontlike skade wat deur 'n bout elektrisiteit aangerig is wanneer dit deur die isolerende vloeistof gelaat is ('n groot probleem met die voorheen ontwerpte aktuators) is ook in die huidige ontwerp versorg en enige elektriese skade is self genees of onmiddellik herstel deur net nuwe vloei van vloeistof in die 'beskadigde' deel deur 'n eenvoudige proses van herverspreiding. Dit is toegeskryf aan die gebruik van vloeibare materiaal, wat meer veerkragtig is, in die plek van 'n soliede isolerende laag wat in baie vorige ontwerpe gebruik is en wat onmiddellik beskadig is. In hierdie proses het die kunsmatige spier meer as 'n miljoen sametrekkingsiklusse oorleef. Hierdie spesifieke aktuator, wat doughnut gevorm het, kon maklik 'n framboos pluk. Net so, deur die vorm van hierdie elastiese sakke aan te pas, het navorsers 'n wye reeks aandrywers met unieke bewegings geskep, byvoorbeeld om selfs 'n brose eier met presiesheid en presiese vereiste krag op te tel. Hierdie buigsame spiere is bestempel as "hidroulies-versterkte selfgenesende elektrostatiese" aktueerders, of HASEL aktueerders. In 'n tweede studie2 gepubliseer in Wetenskap Robotics,Dieselfde span het verder twee ander sagtespierontwerpe geskep wat lineêr saamtrek, baie soortgelyk aan 'n menslike bisep, en dus die vermoë het om herhaaldelik voorwerpe swaarder as hul eie gewig op te lig.
A Die algemene opinie is dat aangesien robotte masjiene is, moet hulle sekerlik 'n voorsprong bo mense hê, maar wanneer dit kom by die verstommende vermoëns wat ons spiere aan ons bied, kan 'n mens eenvoudig sê dat robotte bleek in vergelyking. Die menslike spier is uiters kragtig en ons brein het 'n buitengewone mate van beheer oor ons spiere. Dit is die rede waarom menslike spiere in staat is om ingewikkelde take met presiesheid uit te voer, bv. skryf. Ons spiere trek herhaaldelik saam en ontspan wanneer ons 'n swaar taak doen en daar word gesê dat ons eintlik net sowat 65 persent vermoë van ons spiere gebruik en hierdie limiet word hoofsaaklik deur ons denke gestel. As ons ons 'n robot kan voorstel wat menslike sagte spiere het, sal die krag en vermoëns enorm wees. Hierdie studies word beskou as 'n eerste stap om 'n aktuator te ontwikkel wat eendag die enorme vermoëns van werklike biologiese spiere kan bereik.
Koste-effektiewe 'sagte' robotika
Die skrywers sê dat materiale soos die aartappelskyfies polimeersakkies, olie en selfs elektrodes goedkoop en geredelik beskikbaar is en die koste tot slegs 0.9 USD (of 10 sent) neem. Dit is bemoedigend vir huidige industriële vervaardigingseenhede en vir navorsers om hul kundigheid te bevorder. Die materiaal wat laekoste is, is skaalbaar en versoenbaar met huidige bedryfspraktyke en sulke toestelle kan vir 'n aantal toepassings soos prostetiese toestelle of as 'n menslike metgesel gebruik word. Dit is 'n besonder interessante aspek, aangesien die term robotika altyd gelykgestel word aan hoë koste. 'n Nadeel verbonde aan sulke kunsmatige spiere is die hoë hoeveelheid elektrisiteit wat benodig word vir sy werking en daar is ook kanse om te brand as die robot te veel van sy krag reserwe. Sagte robotte is baie meer delikaat as hul tradisionele robot-eweknieë wat hul ontwerp meer uitdagend maak, byvoorbeeld moontlikhede om deur te steek, krag te verloor en die olie te mors. Hierdie sagte robotte het beslis 'n soort selfgenesende aspek nodig, soos baie sommige sagte robotte reeds doen.
Doeltreffende en robuuste sagte robotte kan baie nuttig wees in menselewens, aangesien hulle mense kan aanvul en met hulle kan werk soos "samewerkende" robotte eerder as robotte wat mense vervang. Tradisionele prostetiese arms kan ook sagter, aangenaam en sensitief wees. Hierdie studies is belowend en as die hoë vraag na krag aangepak kan word, het dit die potensiaal om die toekoms van robotte te revolusioneer in terme van hul ontwerp en hoe hulle beweeg.
***
{Jy kan die oorspronklike navorsingsartikel lees deur die DOI-skakel wat hieronder gegee word in die lys van aangehaalde bronne te klik}
Bronne)
1. Acome et al. 2018. Hidroulies versterkte selfgenesende elektrostatiese aktueerders met spieragtige prestasie. Wetenskap. 359 (6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris et al. 2018. Peano-HASEL-aktueerders: Spiermimetiese, elektrohidrouliese transduktors wat lineêr saamtrek by aktivering. Wetenskap Robotics. 3 (14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
