Ռոբոտաշինության ոլորտում մեծ առաջընթացի ժամանակ առաջին անգամ հաջողությամբ նախագծվել են «փափուկ» մարդանման մկաններով ռոբոտը: Նման փափուկ ռոբոտները կարող են ապագայում մարդուն հարմար ռոբոտներ նախագծելու համար բարիք լինել:
Robots are programmable machines that are routinely used in industrial applications, example as part of automation, especially manufacturing because they are designed to be good at repetitive tasks which require a lot of strength and power. ռոբոտներ interact with the physical world via sensors and actuators in them and they are reprogrammable making them more useful and flexible than routine single-function machines. It is obvious from the way these robots are designed to do the job that their motions are extremely rigid, sometimes jerky, machine-like and they are heavy, imposing and they are not useful when a particular task requires variable amounts of force at different time points. Robots are also sometimes dangerous and might need secure enclosures as they are not sensitive to their surroundings. The field of robotics is exploring a variety of disciplines to design, build, program and efficiently use robotic machines in various areas of industry and medical technology with different requirements.
In recent twin studies led by Christoph Keplinger, researchers have fit robots with a new class of muscles which are very similar to our human muscles and they possess and project strength and sensitivity just like we do. The central idea is to provide more “բնական” movements to the machine i.e. robots. 99.9 percent of all robots today are rigid machines made out of steel or metal, whereas a biological body is soft but has incredible capabilities. These robots with ‘soft’ or ‘more real’ muscles can be suitably designed to perform routine and delicate tasks (which human muscles perform on a daily basis), for example just picking up a soft fruit or placing an egg inside a basket. Compared to traditional robots, robots fitted with ‘արհեստական մկաններ«Կլինեն իրենց «ավելի մեղմ» տարբերակները և ավելի անվտանգ, և այնուհետև դրանք կարող են հարմարեցվել մարդկանց մոտակայքում գրեթե ցանկացած առաջադրանք կատարելու համար՝ առաջարկելով մի քանի հնարավոր կիրառումներ՝ կապված մարդկային կյանքի հետ և դրա շուրջ: Փափուկ ռոբոտները կարելի է անվանել «համագործակցող» ռոբոտներ, քանի որ դրանք եզակիորեն նախագծված կլինեն որոշակի առաջադրանք կատարելու համար, որը շատ նման է մարդուն:
Հետազոտողները փորձել են փափուկ մկանային ռոբոտներ ստեղծել։ Նման ռոբոտը կպահանջի փափուկ մկան Մարդկային մկանները կերպարանավորելու տեխնոլոգիան և երկու նման տեխնոլոգիաներ փորձարկվել են հետազոտողների կողմից՝ օդաճնշական ակտուատորներ և դիէլեկտրական էլաստոմեր ակտուատորներ: «Ակտիվատորը» սահմանվում է որպես իրական սարք, որը շարժում է ռոբոտը, կամ ռոբոտը ցույց է տալիս որոշակի շարժում: Օդաճնշական ակտուատորներում փափուկ քսակը մղվում է գազերով կամ հեղուկներով՝ որոշակի շարժում ստեղծելու համար: Սա պարզ դիզայն է, բայց դեռ հզոր, թեև պոմպերն անիրագործելի են և ունեն ծավալուն ջրամբարներ: Երկրորդ տեխնոլոգիան՝ դիէլեկտրական էլաստոմեր ակտուատորները օգտագործում են էլեկտրական դաշտի կիրառման հայեցակարգը մեկուսիչ ճկուն պլաստիկի վրա՝ այն դեֆորմացնելու և այդպիսով շարժում ստեղծելու համար: Այս երկու տեխնոլոգիաներն ինքնուրույն դեռ չեն հաջողվել, քանի որ երբ էլեկտրաէներգիայի մի պտուտակ անցնում է պլաստիկի միջով, այդ սարքերը խաթարվում են և, հետևաբար, դիմացկուն չեն մեխանիկական վնասներին:
More “մարդ like” robots with similar muscles
Զեկուցված երկվորյակների ուսումնասիրություններում գիտություն1 և Գիտություն Ռոբոտներ2Հետազոտողները վերցրել են փափուկ մկանների երկու հասանելի տեխնոլոգիաների դրական կողմերը և ստեղծել փափուկ մկանանման մի պարզ շարժիչ, որն օգտագործում է էլեկտրականությունը՝ փոքր տոպրակների ներսում հեղուկների շարժումը փոխելու համար: Այս ճկուն պոլիմերային տոպրակները պարունակում են մեկուսիչ հեղուկ, օրինակ՝ սովորական յուղ (բուսական յուղ կամ կանոլայի յուղ) սուպերմարկետից կամ ցանկացած նմանատիպ հեղուկ կարող է օգտագործվել: Քսակի երկու կողմերի միջև դրված հիդրոգելային էլեկտրոդների միջև լարման կիրառումից հետո կողմերը քաշվում են միմյանց, տեղի է ունենում յուղի սպազմ՝ սեղմելով հեղուկը դրա մեջ և առաջացնելով այն հոսել քսակի ներսում: Այս լարվածությունը առաջացնում է մկանների արհեստական կծկում, և երբ էլեկտրականությունն անջատվում է, յուղը նորից թուլանում է՝ նմանակելով արհեստական մկանների թուլացում. Գործարկիչը փոխում է ձևը այս ձևով, և շարժիչին միացած առարկան ցույց է տալիս շարժում: Հետևաբար, այս «արհեստական մկանը» կծկվում և արձակվում է (ճկվում) ակնթարթորեն միլիվայրկյանների ընթացքում նույն ձևով և նույն ճշգրտությամբ և ուժով, ինչ իրական կմախքի մարդու մկանները: Այս շարժումները կարող են նույնիսկ գերազանցել մարդու մկանային ռեակցիաների արագությունը, քանի որ մարդու մկանները միաժամանակ շփվում են ուղեղի հետ՝ առաջացնելով ուշացում, թեև աննկատ: Հետևաբար, այս դիզայնի միջոցով ձեռք է բերվել հեղուկ համակարգ, որն ուներ ուղղակի էլեկտրական հսկողություն՝ ցուցադրելով բազմակողմանիություն և բարձր կատարողականություն:
Առաջին ուսումնասիրության մեջ1 in գիտությունԳործարկիչները նախագծված էին բլիթի տեսքով և ունեին ազնվամորին ռոբոտ բռնիչի միջոցով վերցնելու և պահելու ունակություն և ճարտարություն (և պտուղը չպայթեցնելու): Հնարավոր վնասը, որը հասցվել է հոսանքի պտուտակով, երբ անցել է մեկուսիչ հեղուկի միջով (նախկինում նախագծված մղիչների հետ կապված հիմնական խնդիր) նույնպես հոգացել է ներկայիս նախագծում, և ցանկացած էլեկտրական վնաս ինքնաբուժվել կամ անմիջապես վերականգնվել է նորի միջոցով: հեղուկի հոսք դեպի «վնասված» մաս՝ վերաբաշխման պարզ գործընթացի միջոցով: Դա վերագրվում էր հեղուկ նյութի օգտագործմանը, որն ավելի դիմացկուն է, նախկինում օգտագործված բազմաթիվ նախագծերում օգտագործված ամուր մեկուսիչ շերտի փոխարեն, որն անմիջապես վնասվել է: Այս գործընթացում արհեստական մկանը գոյատևեց ավելի քան մեկ միլիոն կծկման ցիկլեր: Կոնկրետ այս շարժիչը, ունենալով բլիթ, հեշտությամբ կարողացավ ազնվամորու ընտրել: Նմանապես, այս առաձգական տոպրակների ձևը հարմարեցնելով, հետազոտողները ստեղծեցին եզակի շարժումներով շարժման սարքերի լայն տեսականի, օրինակ՝ նույնիսկ փխրուն ձու վերցնելը ճշգրտությամբ և ճշգրիտ պահանջվող ուժով: Այս ճկուն մկանները կոչվել են որպես «Հիդրավլիկ ուժեղացված ինքնաբուժվող էլեկտրաստատիկ» կամ HASEL ակտուատորներ: Երկրորդ ուսումնասիրության ընթացքում2 հրատարակվել է Գիտության ռոբոտներՆույն թիմը հետագայում ստեղծեց երկու այլ փափուկ մկանների ձևավորում, որոնք գծայինորեն կծկվում են, շատ նման են մարդու բիսեպսին, այդպիսով ունենալով իրենց սեփական քաշից ավելի ծանր առարկաներ բազմիցս բարձրացնելու հնարավորություն:
A Ընդհանուր կարծիքն այն է, որ քանի որ ռոբոտները մեքենաներ են, ուստի նրանք, անշուշտ, պետք է առավելություն ունենան մարդկանց նկատմամբ, բայց երբ խոսքը վերաբերում է մեր մկանների ընձեռած զարմանալի կարողություններին, կարելի է պարզապես ասել, որ ռոբոտները գունատ են համեմատած: Մարդու մկանները չափազանց հզոր են, և մեր ուղեղը անսովոր վերահսկողություն ունի մեր մկանների վրա: Սա է պատճառը, որ մարդու մկանները ունակ են կատարել բարդ առաջադրանքներ ճշգրտությամբ, օրինակ՝ գրելը: Մեր մկանները բազմիցս կծկվում և հանգստանում են ծանր առաջադրանք կատարելիս, և ասում են, որ մենք իրականում օգտագործում ենք մեր մկանների միայն մոտ 65 տոկոսը, և այդ սահմանը հիմնականում սահմանվում է մեր մտածողության միջոցով: Եթե մենք կարողանանք պատկերացնել ռոբոտի, որն ունի մարդու նման փափուկ մկաններ, ապա ուժն ու հնարավորությունները հսկայական կլինեն: Այս ուսումնասիրությունները դիտվում են որպես առաջին քայլ՝ ազդարարիչ ստեղծելու համար, որը կարող է մի օր հասնել իրական կենսաբանական մկանների հսկայական հնարավորություններին:
Ծախսերի արդյունավետ «փափուկ» ռոբոտաշինություն
Հեղինակները նշում են, որ այնպիսի նյութեր, ինչպիսիք են կարտոֆիլի չիպսերի պոլիմերային տոպրակները, ձեթը և նույնիսկ էլեկտրոդները, էժան են և մատչելի՝ արժեքը կազմելով ընդամենը 0.9 ԱՄՆ դոլար (կամ 10 ցենտ): Սա քաջալերական է ներկայիս արդյունաբերական արտադրական միավորների և հետազոտողների համար՝ զարգացնելու իրենց փորձը: Էժան նյութերը մասշտաբելի են և համատեղելի արդյունաբերության ներկայիս պրակտիկայի հետ, և նման սարքերը կարող են օգտագործվել մի շարք ծրագրերի համար, ինչպիսիք են պրոթեզային սարքերը կամ որպես մարդկային ուղեկից: Սա հատկապես հետաքրքիր կողմ է, քանի որ ռոբոտաշինություն տերմինը միշտ նույնացվում է բարձր ծախսերի հետ: Նման արհեստական մկանների հետ կապված թերությունը մեծ քանակությամբ էլեկտրաէներգիա է, որն անհրաժեշտ է դրա աշխատանքի համար, և կան նաև այրվելու հավանականություն, եթե ռոբոտը չափազանց շատ ուժ է պահում: Փափուկ ռոբոտները շատ ավելի նուրբ են, քան իրենց ավանդական ռոբոտ գործընկերները, ինչը նրանց դիզայնն ավելի դժվար է դարձնում, օրինակ՝ ծակելու, ուժը կորցնելու և յուղը թափելու հնարավորությունը: Այս փափուկ ռոբոտներին միանշանակ պետք է ինչ-որ ինքնաբուժող կողմ, ինչպես որոշ փափուկ ռոբոտներ արդեն անում են:
Արդյունավետ և ամուր փափուկ ռոբոտները կարող են շատ օգտակար լինել մարդկանց կյանքում, քանի որ նրանք կարող են լրացնել մարդկանց և աշխատել նրանց հետ որպես «համագործակցող» ռոբոտներ, այլ ոչ թե ռոբոտներ, որոնք փոխարինում են մարդկանց: Նաև ավանդական պրոթեզային ձեռքերը կարող են լինել ավելի փափուկ, հաճելի և զգայուն: Այս ուսումնասիրությունները խոստումնալից են, և եթե հնարավոր լինի լուծել էներգիայի մեծ պահանջարկը, այն կարող է հեղափոխել ռոբոտների ապագան՝ նրանց դիզայնի և շարժման առումով:
***
{Դուք կարող եք կարդալ հետազոտական հոդվածի բնօրինակը` սեղմելով ներքևում նշված DOI հղումը` մեջբերված աղբյուրների ցանկում:}
Աղբյուրը (ներ)
1. Ակոմե և այլք: 2018. Հիդրավլիկ ուժեղացված ինքնաբուժվող էլեկտրաստատիկ ակտուատորներ՝ մկանանման գործունակությամբ: Գիտություն. 359 (6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris et al. 2018. Peano-HASEL ակտուատորներ. մկանային-միմետիկ, էլեկտրահիդրավլիկ փոխարկիչներ, որոնք գծայինորեն կծկվում են ակտիվացման ժամանակ: Գիտության ռոբոտներ. 3 (14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
