Mūsdienu roboti spēj daudz. Bet tajā pašā laikā tie ir tālu no cilvēka viegluma un kustību graciozitātes. Un vaina ir - nepilnīgi mākslīgie muskuļi. Zinātnieki no daudzām valstīm cenšas atrisināt šo problēmu. Raksts būs veltīts īsam viņu apbrīnojamo izgudrojumu apskatam.
Singapūras zinātnieku polimēru muskuļi
Singapūras Nacionālās universitātes izgudrotāji nesen veica soli pretī humanoīdiem robotiem. Mūsdienās smagsvara androīdus darbina hidrauliskās sistēmas. Būtisks pēdējās trūkums ir mazs ātrums. Singapūras zinātnieku piedāvātie mākslīgie muskuļi robotiem ļauj kiborgiem ne tikai pacelt priekšmetus, kas ir 80 reizes smagāki par viņu pašu svaru, bet arī izdarīt to tikpat ātri kā cilvēks.
Novatorisks dizains, kas stiepjas piecas reizes garumā, palīdz robotiem "apbraukt" pat skudras, kuras, kā zināms, spēj pārvadāt priekšmetus, kas ir 20 reizes smagāki par viņu ķermeņa svaru. Polimēru muskuļiem ir šādas priekšrocības:
- elastība;
- pārsteidzošs spēks;
- elastība;
- iespēja mainīt formu dažu sekunžu laikā;
- spēja pārvērst kinētisko enerģiju elektroenerģijā.
Tomēr zinātnieki neapstājas pie tā – viņi plāno izveidot mākslīgos muskuļus, kas ļautu robotam pacelt 500 reižu smagāku kravu par viņu pašu!
Atklājums no Hārvardas – muskuļi no elektrodiem un elastomēra
Izgudrotāji, kas strādā Hārvardas Universitātes Lietišķo un inženierzinātņu skolā, ir prezentējuši kvalitatīvi jaunus mākslīgos muskuļus tā sauktajiem "mīkstajiem" robotiem. Pēc zinātnieku domām, viņu ideja, kas sastāv no mīksta elastomēra un elektrodiem, kas ietver oglekļa nanocaurules, pēc kvalitātes nav zemāka par cilvēka muskuļiem!
Visi mūsdienās pastāvošie roboti, kā jau minēts, ir balstīti uz piedziņām, kuru mehānisms ir hidraulika vai pneimatika. Šādas sistēmas darbina saspiests gaiss vai ķīmisko vielu reakcija. Tas padara neiespējamu izveidot robotu, kas ir tikpat mīksts un ātrs kā cilvēks. Hārvardas zinātnieki ir novērsuši šo trūkumu, izveidojot kvalitatīvi jaunu mākslīgo muskuļu koncepciju robotiem.
Jaunais kiborga "muskulis" ir daudzslāņu struktūra, kurā Klārka laboratorijā izveidotie nanocaurules elektrodi kontrolē elastīgo elastomēru augšējo un apakšējo slāni, ko radījuši Kalifornijas universitātes zinātnieki. Tādi muskuļiideāli piemērots gan "mīkstajiem" androīdiem, gan laparoskopiskiem instrumentiem ķirurģijā.
Hārvardas zinātnieki neapstājās pie šī brīnišķīgā izgudrojuma. Viens no viņu jaunākajiem sasniegumiem ir dzeloņraju biorobots. Tās sastāvdaļas ir žurku sirds muskuļa šūnas, zelts un silikons.
Baušmaņa grupas izgudrojums: cita veida mākslīgie muskuļi, kuru pamatā ir oglekļa nanocaurules
1999. gadā Austrālijas pilsētā Kirhbergā Starptautiskās ziemas skolas inovatīvu materiālu elektronisko īpašību 13. sanāksmē zinātnieks Rejs Bočmans, kurš strādā Allied Signal un vada starptautisku pētniecības grupu, veica prezentācija. Viņa ziņa bija par mākslīgo muskuļu veidošanu.
Izstrādātāji Reja Bočmena vadībā spēja iztēloties oglekļa nanocaurules nanopapīra lokšņu veidā. Šā izgudrojuma caurules visos iespējamos veidos bija savstarpēji saistītas un sajauktas viena ar otru. Pats nanopapīrs pēc izskata atgādināja parastu papīru – to varēja turēt rokās, sagriezt strēmelēs un gabaliņos.
Grupas eksperiments pēc izskata bija ļoti vienkāršs – zinātnieki piestiprināja nanopapīra gabalus uz dažādām līmlentes pusēm un nolaida šo struktūru sāļā elektriski vadošā šķīdumā. Pēc zemsprieguma akumulatora ieslēgšanas abas nanosloksnes pagarinājās, īpaši tā, kas savienota ar elektriskā akumulatora negatīvo polu; tad papīrs saritinājās. Mākslīgo muskuļu modelis darbojās.
Pats Bauhmans uzskata, ka viņa izgudrojums pēc kvalitatīvas modernizācijasbūtiski pārveidos robotiku, jo šādi oglekļa muskuļi, saliekti/izstiepti, rada elektrisko potenciālu – tie ražo enerģiju. Turklāt šādi muskuļi ir trīs reizes spēcīgāki par cilvēka, spēj funkcionēt ārkārtīgi augstā un zemā temperatūrā, savam darbam izmantojot zemu strāvu un spriegumu. Pilnīgi iespējams to izmantot cilvēka muskuļu protezēšanai.
Teksasas universitāte: mākslīgie muskuļi, kas izgatavoti no makšķerauklas un šujamā diega
Viens no pārsteidzošākajiem ir pētnieku grupas darbs no Teksasas Universitātes, kas atrodas Dalasā. Viņai izdevās iegūt mākslīgo muskuļu modeli, kas pēc spēka un jaudas atgādina reaktīvo dzinēju - 7,1 ZS / kg! Šādi muskuļi ir simtiem reižu spēcīgāki un produktīvāki nekā cilvēka muskuļi. Bet pats pārsteidzošākais šeit ir tas, ka tie tika konstruēti no primitīviem materiāliem - augstas stiprības polimēru makšķerēšanas auklas un šujamā diega.
Šāda muskuļa uzturs ir temperatūras starpība. To nodrošina šujamais diegs, kas pārklāts ar plānu metāla kārtu. Tomēr nākotnē robotu muskuļus var veicināt viņu vides temperatūras izmaiņas. Šo īpašību, starp citu, var izmantot apģērbam, kas pielāgojas laikapstākļiem, un citām līdzīgām ierīcēm.
Ja polimērs ir savīts vienā virzienā, tas karsējot strauji saruks un ātri izstiepsies, kad tas atdziest, un, ja tas būs savīts pretējā virzienā, tas būs pilnīgi pretējs. Šāda vienkārša konstrukcija var, piemēram, pagriezt kopējo rotoru ar ātrumu 10 tūkstoši apgriezienu minūtē. Plus vēl tādimākslīgie muskuļi no makšķerauklas, jo tie spēj sarauties līdz 50% no sākotnējā garuma (cilvēka tikai par 20%). Turklāt tās izceļas ar apbrīnojamu izturību – šis muskulis "nenogurst" pat pēc miljona darbības atkārtojumiem!
No Teksasas līdz Amūrai
Dallasas zinātnieku atklājums ir iedvesmojis daudzus zinātniekus no visas pasaules. Taču savu pieredzi veiksmīgi izdevās atkārtot tikai vienam robotiķim - B altkrievijas Valsts pedagoģiskās universitātes informācijas tehnoloģiju laboratorijas vadītājam Aleksandram Nikolajevičam Semočkinam.
Sākumā izgudrotājs pacietīgi gaidīja jaunus rakstus Science par amerikāņu kolēģu izgudrojuma masveida ieviešanu. Tā kā tas nenotika, Amūras zinātnieks ar saviem domubiedriem nolēma atkārtot brīnišķīgo pieredzi un savām rokām izveidot mākslīgos muskuļus no vara stieples un makšķerauklas. Diemžēl kopija nebija dzīvotspējīga.
Iedvesma no Skolkovas
Atgriezties pie gandrīz pamestiem eksperimentiem Aleksandru Semočkinu piespieda nejaušība – zinātnieks nokļuva robotikas konferencē Skolkovā, kur satika domubiedru no Zeļenogradas, uzņēmuma Neurobotics vadītāju. Kā izrādījās, arī šī uzņēmuma inženieri ir aizņemti ar muskuļu veidošanu no makšķerauklām, kas ir diezgan dzīvotspējīgi.
Atgriezies dzimtenē, Aleksandrs Nikolajevičs ķērās pie darba ar jaunu sparu. Pusotra mēneša laikā viņš spēja ne tikai samontēt darbināmus mākslīgos muskuļus, bet arī izveidot mašīnu to vīšanai, kas veidoja makšķerauklas spoles.stingri atkārtojams.
Pasludināšanas mākslīgā muskulatūra
Lai izveidotu piecu centimetru muskuļu, A. N. Semočkinam vajag vairākus metrus stieples un 20 cm parastu makšķerauklu. 3D izdrukāta muskuļu "ražošanas" mašīna, starp citu, sagriež muskuļu 10 minūtēs. Pēc tam konstrukciju uz pusstundu liek cepeškrāsnī, kas sakarsēta līdz +180 grādiem pēc Celsija.
Jūs varat aktivizēt šādu muskuļu ar elektriskās strāvas palīdzību - vienkārši pievienojiet tā avotu vadam. Rezultātā tas sāk uzkarst un pārnest siltumu uz makšķerauklu. Pēdējais ir izstiepts vai savilkts - atkarībā no muskuļa veida, ko ierīce sagrieza.
Izgudrotāju plāni
Aleksandra Semočkina jaunais projekts ir izveidotajiem muskuļiem "iemācīt" ātrāk atgriezties sākotnējā stāvoklī. To var palīdzēt straujā strāvas vada dzesēšana – zinātnieks pieļauj, ka zem ūdens šāds process notiks ātrāk. Pēc šāda muskuļa iegūšanas B altkrievijas Valsts pedagoģiskās universitātes antropomorfais robots Iskanderus kļūs par tā pirmo īpašnieku.
Zinātnieks savu izgudrojumu netur noslēpumā – viņš ievieto video vietnē YouTube, kā arī plāno uzrakstīt rakstu ar detalizētām instrukcijām, kā izveidot mašīnu, kas savij muskuļus no makšķerauklas un stieples.
Laiks nestāv uz vietas – mākslīgie muskuļi, par kuriem stāstījām, jau tiek izmantoti ķirurģijā endo- un.laparoskopiskās operācijas. Un laboratorijā "Disney" ar viņu līdzdalību viņi salika funkcionējošu roku.
