Robototexnika sohasidagi katta yutuqda insonga o'xshash "yumshoq" mushaklarga ega robot birinchi marta muvaffaqiyatli ishlab chiqilgan. Bunday yumshoq robotlar kelajakda insonga do'stona robotlarni loyihalash uchun ne'mat bo'lishi mumkin.
Robotlar sanoat dasturlarida, masalan, avtomatlashtirishning bir qismi sifatida, ayniqsa ishlab chiqarishda muntazam ravishda qo'llaniladigan dasturlashtiriladigan mashinalardir, chunki ular ko'p kuch va quvvat talab qiladigan takrorlanadigan vazifalarni bajarishda yaxshi mo'ljallangan. robotlar ulardagi sensorlar va aktuatorlar orqali jismoniy dunyo bilan o'zaro ta'sir qiladi va ular qayta dasturlashtiriladi, bu ularni oddiy bir funktsiyali mashinalarga qaraganda foydaliroq va moslashuvchan qiladi. Ushbu robotlarning ishni bajarish uchun mo'ljallanganligidan ko'rinib turibdiki, ularning harakatlari juda qattiq, ba'zan chayqaladigan, mashinaga o'xshaydi va ular og'ir, ta'sirchan va muayyan vazifa turli vaqtlarda o'zgaruvchan kuch talab qilganda foydali emas. ball. Robotlar ham ba'zan xavfli bo'lib, ular atrof-muhitga sezgir bo'lmagani uchun xavfsiz muhofazaga muhtoj bo'lishi mumkin. Robototexnika sohasi turli talablarga ega sanoat va tibbiyot texnologiyalarining turli sohalarida robot mashinalarini loyihalash, qurish, dasturlash va ulardan samarali foydalanish uchun turli fanlarni o'rganmoqda.
Kristof Keplinger boshchiligidagi yaqinda o'tkazilgan egizak tadqiqotlarida tadqiqotchilar inson mushaklariga juda o'xshash mushaklarning yangi sinfiga ega robotlarni moslashtirdilar va ular xuddi biz kabi kuch va sezgirlikka ega. Asosiy g'oya ko'proq narsani ta'minlashdir "tabiiy” mashinaga, ya'ni robotlarga harakatlar. Bugungi kunda barcha robotlarning 99.9 foizi po'lat yoki metalldan yasalgan qattiq mashinalardir, biologik tana esa yumshoq, ammo ajoyib qobiliyatlarga ega. "Yumshoq" yoki "haqiqiyroq" mushaklarga ega bu robotlar oddiy va nozik vazifalarni (inson mushaklari har kuni bajaradigan) bajarish uchun mos ravishda ishlab chiqilishi mumkin, masalan, yumshoq mevani terish yoki savat ichiga tuxum qo'yish. An'anaviy robotlar bilan solishtirganda, robotlar o'rnatilgan.sun'iy mushaklar' o'zlarining "yumshoqroq" versiyalariga o'xshaydi va xavfsizroq bo'ladi va ular odamlar yaqinligida deyarli har qanday vazifani bajarish uchun moslashtirilishi mumkin, bu esa inson hayoti bilan bog'liq va uning atrofida bir nechta mumkin bo'lgan ilovalarni taklif qiladi. Yumshoq robotlarni "hamkorlik qiluvchi" robotlar deb atash mumkin, chunki ular muayyan vazifani insonga o'xshash tarzda bajarish uchun noyob tarzda yaratilgan.
Tadqiqotchilar yumshoq mushak robotlarini yaratishga harakat qilishdi. Bunday robotga yumshoq kerak bo'ladi mushaklar inson mushaklarini taqlid qilish texnologiyasi va ikkita shunday texnologiya tadqiqotchilar tomonidan sinab ko'rilgan - pnevmatik aktuatorlar va dielektrik elastomer aktuatorlar. "Aktuator" robotni harakatga keltiradigan yoki robot ma'lum bir harakatni ko'rsatadigan haqiqiy qurilma sifatida aniqlanadi. Pnevmatik aktuatorlarda ma'lum bir harakatni yaratish uchun yumshoq sumka gazlar yoki suyuqliklar bilan pompalanadi. Bu oddiy dizayn, lekin hali ham kuchli nasoslar amaliy bo'lmasa va ularda katta hajmli rezervuarlar mavjud. Ikkinchi texnologiya - dielektrik elastomer aktuatorlari uni deformatsiya qilish va shu bilan harakatni yaratish uchun izolyatsiyalovchi moslashuvchan plastmassa bo'ylab elektr maydonini qo'llash kontseptsiyasidan foydalanadi. O'z-o'zidan bu ikki texnologiya hali muvaffaqiyatli bo'lmadi, chunki elektr murvati plastmassadan o'tganda, bu qurilmalar yomon ishdan chiqadi va shuning uchun mexanik shikastlanishga chidamli emas.
Ko'proq "odam o'xshash mushaklari bo'lgan robotlar
egizak tadqiqotlarda xabar qilingan fan1 va Fanlar Robotics2, tadqiqotchilar ikkita mavjud yumshoq mushak texnologiyasining ijobiy tomonlarini oldilar va kichik sumkalar ichidagi suyuqliklar harakatini o'zgartirish uchun elektr energiyasidan foydalanadigan oddiy yumshoq mushakka o'xshash aktuatorni yaratdilar. Ushbu moslashuvchan polimer qoplarda izolyatsion suyuqlik mavjud, masalan, supermarketdan oddiy yog' (o'simlik yog'i yoki kanola yog'i) yoki shunga o'xshash suyuqlikdan foydalanish mumkin. Xaltaning ikki tomoni orasiga qo'yilgan gidrojel elektrodlari orasiga kuchlanish qo'yilgandan so'ng, tomonlar bir-biriga tortildi, yog 'spazmi sodir bo'lib, undagi suyuqlikni siqib chiqaradi va uning sumka ichida oqib chiqishiga olib keladi. Bu kuchlanish mushaklarning sun'iy qisqarishini keltirib chiqaradi va elektr toki o'chirilgandan so'ng, moy yana bo'shashadi va taqlid qiladi. sun'iy mushaklarning gevşemesi. Aktuator shu tarzda shaklini o'zgartiradi va aktuatorga ulangan ob'ekt harakatni ko'rsatadi. Shuning uchun, bu "sun'iy mushak" bir zumda millisekundlarda bir xil tarzda va haqiqiy skelet mushaklari bilan bir xil aniqlik va kuch bilan qisqaradi va bo'shatadi (egiluvchan). Bu harakatlar hatto inson mushaklari reaktsiyalarining tezligini ham engishi mumkin, chunki inson mushaklari miya bilan bir vaqtda aloqada bo'lib, sezilmas bo'lsa-da, kechikishga olib keladi. Shu sababli, ushbu dizayn orqali to'g'ridan-to'g'ri elektr boshqaruviga ega bo'lgan suyuqlik tizimiga erishildi, bu ko'p qirrali va yuqori mahsuldorlikni namoyish etadi.
Birinchi tadqiqotda1 in fan, aktuatorlar donut shaklida ishlab chiqilgan bo'lib, ular robotli ushlagich orqali malinani olish va ushlab turish qobiliyati va epchilligiga ega edi (va mevani portlatmasdan!). Izolyatsiya qiluvchi suyuqlikdan o'tganda elektr murvatining mumkin bo'lgan shikastlanishi (oldin ishlab chiqilgan aktuatorlar bilan bog'liq asosiy muammo) joriy dizaynda ham e'tiborga olindi va har qanday elektr shikastlanishi o'z-o'zidan tuzatildi yoki darhol yangisi bilan tuzatildi. oddiy qayta taqsimlash jarayoni orqali "zararlangan" qismga suyuqlik oqimi. Bu ko'plab oldingi dizaynlarda qo'llanilgan va bir zumda shikastlangan qattiq izolyatsion qatlam o'rniga ko'proq bardoshli suyuq materialdan foydalanish bilan bog'liq edi. Bu jarayonda sun'iy mushak milliondan ortiq qisqarish siklidan omon qoldi. Donut shaklidagi bu maxsus aktuator malinani osongina tanlay oldi. Xuddi shunday, bu elastik qoplarning shaklini moslashtirib, tadqiqotchilar noyob harakatlarga ega bo'lgan keng ko'lamli aktuatorlarni yaratdilar, masalan, nozik tuxumni aniqlik va aniq talab qilinadigan kuch bilan yig'ish. Ushbu egiluvchan mushaklar "gidravlik kuchaytirilgan o'z-o'zidan tiklanadigan elektrostatik" aktuatorlar yoki HASEL aktuatorlari deb nomlanadi. Ikkinchi tadqiqotda2 nashr etilgan Ilmiy robotika,O'sha jamoa yana ikkita yumshoq mushak konstruktsiyasini yaratdi, ular chiziqli ravishda qisqaradi, ular inson bicepiga juda o'xshash va shu tariqa o'z vaznidan og'irroq narsalarni qayta-qayta ko'tarish qobiliyatiga ega.
A Umumiy fikr shundan iboratki, robotlar mashina ekan, shuning uchun ular, albatta, odamlardan ustun bo'lishi kerak, ammo mushaklarimiz bizga taqdim etgan hayratlanarli qobiliyatlar haqida gap ketganda, robotlar nisbatan oqarib ketgan deb aytish mumkin. Inson mushaklari juda kuchli va bizning miyamiz mushaklarimiz ustidan ajoyib nazoratga ega. Shuning uchun inson mushaklari murakkab vazifalarni, masalan, yozishni aniq bajarishga qodir. Og'ir vazifani bajarayotganda mushaklarimiz qayta-qayta qisqaradi va bo'shashadi va aytilishicha, biz mushaklarimiz qobiliyatining atigi 65 foizidan foydalanamiz va bu chegara asosan bizning fikrlashimiz bilan belgilanadi. Agar insonga o'xshash yumshoq mushaklarga ega robotni tasavvur qilsak, kuch va imkoniyatlar juda katta bo'ladi. Ushbu tadqiqotlar bir kun kelib haqiqiy biologik mushaklarning ulkan imkoniyatlariga erisha oladigan aktuatorni yaratish uchun birinchi qadam sifatida qaraladi.
Tejamkor "yumshoq" robototexnika
Mualliflarning ta'kidlashicha, kartoshka chiplari, polimer qoplari, moy va hatto elektrodlar kabi materiallar arzon va oson mavjud bo'lib, ularning narxi atigi 0.9 dollar (yoki 10 sent). Bu hozirgi sanoat ishlab chiqarish birliklari va tadqiqotchilarni o'z tajribalarini oshirishga undaydi. Arzon narxlardagi materiallar kengaytirilishi mumkin va hozirgi sanoat amaliyotiga mos keladi va bunday qurilmalar protez qurilmalari yoki inson hamrohi sifatida bir qator ilovalar uchun ishlatilishi mumkin. Bu, ayniqsa, qiziq jihat, chunki robototexnika atamasi har doim yuqori xarajatlar bilan tenglashtirilgan. Bunday sun'iy mushak bilan bog'liq kamchilik - bu uning ishlashi uchun zarur bo'lgan elektr energiyasining yuqori miqdori va agar robot o'z kuchini juda ko'p saqlasa, yonish ehtimoli ham mavjud. Yumshoq robotlar an'anaviy robot hamkasblariga qaraganda ancha nozik bo'lib, ularning dizaynini yanada qiyinlashtiradi, masalan, teshilish, quvvatni yo'qotish va moyni to'kish. Bu yumshoq robotlar, albatta, ba'zi yumshoq robotlar kabi, o'z-o'zini davolash xususiyatiga muhtoj.
Samarali va mustahkam yumshoq robotlar inson hayotida juda foydali bo'lishi mumkin, chunki ular odamlarni to'ldirishi va ular bilan odamlar o'rnini bosadigan robotlar emas, balki "hamkorlikdagi" robotlar kabi ishlashi mumkin. Bundan tashqari, an'anaviy protez qo'llar yumshoqroq, yoqimli va sezgir bo'lishi mumkin. Ushbu tadqiqotlar istiqbolli va agar kuchga bo'lgan yuqori talabni hal qilish mumkin bo'lsa, u robotlarning kelajagini ularning dizayni va qanday harakatlanishi nuqtai nazaridan inqilob qilish potentsialiga ega.
***
Manba (lar)
1. Acome va boshqalar. 2018. Mushaklarga o'xshash ishlashi bilan gidravlik kuchaytirilgan o'z-o'zidan tiklanadigan elektrostatik aktuatorlar. Fan. 359(6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris va boshqalar. 2018. Peano-HASEL aktuatorlari: faollashtirilganda chiziqli qisqaradigan mushak-mimetik, elektrogidravlik transduserlar. Ilmiy robotika. 3 (14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
***
