Moderne robotter kan meget. Men på samme tid er de langt fra menneskelig lethed og ynde ved bevægelser. Og fejlen er - uperfekte kunstige muskler. Forskere fra mange lande forsøger at løse dette problem. Artiklen vil blive viet til en kort oversigt over deres fantastiske opfindelser.
Polymermuskler fra Singapore-forskere
Et skridt mod flere menneskelige robotter blev for nylig lavet af opfindere fra National University of Singapore. I dag er tunge androider drevet af hydrauliske systemer. En væsentlig ulempe ved sidstnævnte er lav hastighed. Kunstige muskler til robotter, præsenteret af singaporeanske videnskabsmænd, gør det muligt for cyborgs ikke kun at løfte genstande, der er 80 gange tungere end deres egen vægt, men også at gøre det så hurtigt som en person.
Et innovativt design, der strækker sig fem gange i længden, hjælper robotter med at "komme rundt" selv myrer, som er kendt for at kunne bære genstande, der er 20 gange tungere end vægten af deres egen krop. Polymermuskler har følgende fordele:
- fleksibilitet;
- slående styrke;
- elasticity;
- evnen til at ændre sin form på få sekunder;
- evnen til at omdanne kinetisk energi til elektrisk energi.
Forskerne vil dog ikke stoppe der - de planlægger at skabe kunstige muskler, der vil gøre det muligt for robotten at løfte en byrde, der er 500 gange tungere end ham selv!
Opdagelse fra Harvard - muskler fra elektroder og elastomer
Opfindere, der arbejder på School of Applied and Engineering Sciences ved Harvard University, har præsenteret kvalitativt nye kunstige muskler til de såkaldte "bløde" robotter. Ifølge videnskabsmænd er deres udtænkte, bestående af en blød elastomer og elektroder, som omfatter kulstofnanorør, ikke ringere i kvalitet end menneskelige muskler!
Alle robotter, der findes i dag, er som allerede nævnt baseret på drev, hvis mekanisme er hydraulik eller pneumatik. Sådanne systemer er drevet af trykluft eller reaktion af kemikalier. Det gør det umuligt at konstruere en robot, der er så blød og hurtig som et menneske. Harvard-forskere har elimineret denne mangel ved at skabe et kvalitativt nyt koncept med kunstige muskler til robotter.
Den nye cyborg-"muskel" er en flerlagsstruktur, hvori nanorørelektroder skabt i Clarks laboratorium styrer de øverste og nederste lag af fleksible elastomerer, som er udviklet af forskere fra University of California. Sådanne musklerideel til både "bløde" androider og laparoskopiske instrumenter inden for kirurgi.
Harvard-videnskabsmænd stoppede ikke ved denne vidunderlige opfindelse. En af deres seneste udviklinger er en rokke-biorobot. Dens komponenter er rottehjertemuskelceller, guld og silikone.
Opfindelsen af Bauchmann-gruppen: en anden type kunstig muskel baseret på kulstofnanorør
Tilbage i 1999 i den australske by Kirchberg ved det 13. møde i International Winter School on the Electronic Properties of Innovative Materials lavede videnskabsmanden Ray Bauchman, der arbejder hos Allied Signal og leder en international forskningsgruppe, en præsentation. Hans indlæg handlede om at lave kunstige muskler.
Udviklere ledet af Ray Bauchman var i stand til at forestille sig kulstofnanorør i form af ark nanopapir. Rørene i denne opfindelse var på enhver mulig måde sammenflettet og blandet med hinanden. Selve nanopapiret lignede almindeligt papir i sit udseende - det kunne holdes i hænderne, skæres i strimler og stykker.
Gruppens eksperiment var meget enkelt af udseende - videnskabsmænd fastgjorde stykker nanopapir til forskellige sider af klæbende tape og sænkede denne struktur til en s alt, elektrisk ledende opløsning. Efter at lavspændingsbatteriet blev tændt, forlængede begge nanostrimler sig, især den, der var forbundet til det elektriske batteris negative pol; så krøllede papiret sammen. Den kunstige muskelmodel fungerede.
Bauhman selv mener, at hans opfindelse efter en kvalitativ moderniseringvil markant transformere robotteknologi, fordi sådanne kulstofmuskler, når de bøjes/udstraktes, skaber et elektrisk potentiale - de producerer energi. Derudover er sådanne muskler tre gange stærkere end mennesker, kan fungere ved ekstremt høje og lave temperaturer ved at bruge lav strøm og spænding til deres arbejde. Det er ganske muligt at bruge det til proteser af menneskelige muskler.
University of Texas: kunstige muskler lavet af fiskesnøre og sytråd
En af de mest slående er arbejdet udført af et forskerhold fra University of Texas, som ligger i Dallas. Det lykkedes hende at få en model af kunstige muskler, i sin styrke og kraft, der minder om en jetmotor - 7,1 hk / kg! Sådanne muskler er hundredvis af gange stærkere og mere produktive end menneskelige. Men det mest fantastiske her er, at de blev konstrueret af primitive materialer - højstyrke polymer fiskeline og sytråd.
Ernæringen af en sådan muskel er en temperaturforskel. Den leveres af en sytråd belagt med et tyndt lag metal. Men i fremtiden kan robotternes muskler blive drevet af ændringer i temperaturen i deres omgivelser. Denne egenskab kan i øvrigt godt bruges på vejrtilpasset tøj og andre lignende enheder.
Hvis polymeren er snoet i én retning, vil den krympe kraftigt ved opvarmning og hurtigt strække sig, når den afkøles, og hvis den er snoet i den modsatte retning, vil den være helt modsat. Et sådant simpelt design kan for eksempel rotere en samlet rotor med en hastighed på 10 tusinde omdrejninger / min. Plus sådankunstige muskler fra fiskesnøre, idet de er i stand til at trække sig sammen op til 50% af deres oprindelige længde (menneske kun med 20%). Derudover er de kendetegnet ved fantastisk udholdenhed - denne muskel "bliver ikke træt" selv efter en million gentagelser af handlingen!
Fra Texas til Amur
Opdagelsen af videnskabsmænd fra Dallas har inspireret mange videnskabsmænd fra hele verden. Det lykkedes dog kun én robotiker at gentage deres erfaring - Alexander Nikolaevich Semochkin, leder af informationsteknologilaboratoriet ved Belarusian State Pedagogical University.
I begyndelsen ventede opfinderen tålmodigt på nye artikler i Science om masseimplementeringen af amerikanske kollegers opfindelse. Da dette ikke skete, besluttede Amur-videnskabsmanden sammen med sine ligesindede at gentage den vidunderlige oplevelse og skabe kunstige muskler fra kobbertråd og fiskesnøre med deres egne hænder. Men desværre var kopien ikke levedygtig.
Inspiration fra Skolkovo
Vend tilbage til næsten forladte eksperimenter Alexander Semochkin blev tvunget til ved et tilfælde - videnskabsmanden kom til en robotkonference i Skolkovo, hvor han mødte en ligesindet person fra Zelenograd, lederen af Neurobotics-virksomheden. Som det viste sig, har ingeniørerne i dette firma også travlt med at skabe muskler fra fiskeliner, som er ganske levedygtige.
Der vendte tilbage til sit hjemland, gik Alexander Nikolaevich i gang med fornyet handlekraft. På halvanden måned var han i stand til ikke kun at samle brugbare kunstige muskler, men også at skabe en maskine til at vride dem, som lavede spoler af fiskesnørestrengt gentaget.
Annunciation kunstig muskulatur
For at skabe en muskel på fem centimeter har A. N. Semochkin brug for flere meter wire og 20 cm almindelig fiskeline. En 3D-printet muskel-"produktions"-maskine vrider i øvrigt en muskel på 10 minutter. Derefter placeres strukturen i en ovn opvarmet til +180 grader Celsius i en halv time.
Du kan aktivere sådan en muskel ved hjælp af elektrisk strøm - bare tilslut dens kilde til ledningen. Som et resultat begynder den at varme op og overføre sin varme til fiskelinjen. Sidstnævnte strækkes eller trækkes sammen - afhængigt af den type muskel, som enheden snoede.
Opfinderens planer
Alexander Semochkins nye projekt er at "lære" de skabte muskler til at vende tilbage til deres oprindelige tilstand hurtigere. Dette kan hjælpes af den hurtige afkøling af strømledningen - videnskabsmanden foreslår, at en sådan proces vil ske hurtigere under vand. Når en sådan muskel er opnået, vil Iskanderus, en antropomorf robot fra Belarusian State Pedagogical University, blive dens første ejer.
Forskeren holder ikke sin opfindelse hemmelig - han poster videoer på YouTube og planlægger også at skrive en artikel med detaljerede instruktioner til at skabe en maskine, der vrider muskler fra fiskeline og wire.
Tiden står ikke stille - de kunstige muskler, som vi fort alte dig om, bruges allerede i kirurgi til endo- oglaparoskopiske operationer. Og i laboratoriet "Disney" med deres deltagelse samlede de en fungerende hånd.
