I robot moderni possono fare molto. Ma allo stesso tempo sono lontane dall'umana facilità e grazia dei movimenti. E la colpa è: muscoli artificiali imperfetti. Scienziati di molti paesi stanno cercando di risolvere questo problema. L'articolo sarà dedicato a una breve panoramica delle loro incredibili invenzioni.
Muscoli polimerici degli scienziati di Singapore
Un passo avanti verso più robot umanoidi è stato recentemente compiuto dagli inventori della National University of Singapore. Oggi, gli androidi pesanti sono alimentati da sistemi idraulici. Uno svantaggio significativo di quest'ultimo è la bassa velocità. I muscoli artificiali per robot, presentati dagli scienziati di Singapore, consentono ai cyborg non solo di sollevare oggetti 80 volte più pesanti del loro stesso peso, ma anche di farlo alla stessa velocità di una persona.
Un design innovativo che si allunga cinque volte in lunghezza aiuta i robot a "muoversi" anche dalle formiche, che sono note per essere in grado di trasportare oggetti 20 volte più pesanti del loro stesso corpo. I muscoli polimerici presentano i seguenti vantaggi:
- flessibilità;
- forza sorprendente;
- elasticità;
- la possibilità di cambiare forma in pochi secondi;
- la capacità di convertire l'energia cinetica in energia elettrica.
Tuttavia, gli scienziati non si fermeranno qui: hanno in programma di creare muscoli artificiali che consentirebbero al robot di sollevare un carico 500 volte più pesante di lui!
Scoperta da Harvard - muscoli da elettrodi ed elastomeri
Gli inventori che lavorano alla School of Applied and Engineering Sciences dell'Università di Harvard hanno presentato muscoli artificiali qualitativamente nuovi per i cosiddetti robot "morbidi". Secondo gli scienziati, il loro frutto, costituito da un morbido elastomero ed elettrodi, che includono nanotubi di carbonio, non è di qualità inferiore ai muscoli umani!
Tutti i robot che esistono oggi, come già accennato, sono basati su azionamenti, il cui meccanismo è idraulico o pneumatico. Tali sistemi sono alimentati da aria compressa o dalla reazione di sostanze chimiche. Ciò rende impossibile costruire un robot morbido e veloce come un essere umano. Gli scienziati di Harvard hanno eliminato questa lacuna creando un concetto qualitativamente nuovo di muscoli artificiali per i robot.
Il nuovo "muscolo" cyborg è una struttura multistrato in cui elettrodi di nanotubi creati nel laboratorio di Clark controllano gli strati superiore e inferiore di elastomeri flessibili, frutto dell'ingegno di scienziati dell'Università della California. Tali muscoliideale sia per androidi "morbidi" che per strumenti laparoscopici in chirurgia.
Gli scienziati di Harvard non si sono fermati a questa meravigliosa invenzione. Uno dei loro ultimi sviluppi è un biorobot stingray. I suoi componenti sono cellule muscolari cardiache di ratto, oro e silicone.
L'invenzione del gruppo Bauchmann: un altro tipo di muscolo artificiale basato su nanotubi di carbonio
Nel 1999 nella città australiana di Kirchberg in occasione del 13° meeting della International Winter School on the Electronic Properties of Innovative Materials, lo scienziato Ray Bauchman, che lavora presso Allied Signal e dirige un gruppo di ricerca internazionale, fece un presentazione. Il suo post riguardava la creazione di muscoli artificiali.
Gli sviluppatori guidati da Ray Bauchman sono stati in grado di immaginare nanotubi di carbonio sotto forma di fogli di nanocarta. I tubi in questa invenzione erano in ogni modo possibile intrecciati e confusi tra loro. La stessa nanocarta assomigliava alla carta normale nel suo aspetto: poteva essere tenuta in mano, tagliata a strisce e pezzi.
L'esperimento del gruppo era molto semplice nell'aspetto: gli scienziati hanno attaccato pezzi di nanocarta a diversi lati del nastro adesivo e hanno abbassato questa struttura in una soluzione salina elettricamente conduttiva. Dopo l'accensione della batteria a basso voltaggio, entrambe le nanostrisce si sono allungate, in particolare quella collegata al polo negativo della batteria elettrica; poi la carta si è arricciata. Il modello muscolare artificiale ha funzionato.
Bauhman stesso crede che la sua invenzione dopo una modernizzazione qualitativatrasformerà in modo significativo la robotica, perché tali muscoli di carbonio, quando flessi / estesi, creano un potenziale elettrico: producono energia. Inoltre, tali muscoli sono tre volte più forti dell'uomo, possono funzionare a temperature estremamente alte e basse, utilizzando bassa corrente e tensione per il loro lavoro. È del tutto possibile usarlo per protesi di muscoli umani.
Università del Texas: muscoli artificiali realizzati con lenza e filo per cucire
Uno dei più sorprendenti è il lavoro di un gruppo di ricerca dell'Università del Texas, che si trova a Dallas. È riuscita a ottenere un modello di muscoli artificiali, nella sua forza e potenza che ricordano un motore a reazione - 7,1 CV / kg! Tali muscoli sono centinaia di volte più forti e più produttivi di quelli umani. Ma la cosa più sorprendente qui è che sono stati costruiti con materiali primitivi: filo da pesca in polimero ad alta resistenza e filo per cucire.
La nutrizione di un tale muscolo è una differenza di temperatura. È fornito da un filo per cucire rivestito con un sottile strato di metallo. Tuttavia, in futuro, i muscoli dei robot potrebbero essere alimentati dai cambiamenti della temperatura del loro ambiente. Questa proprietà, tra l' altro, potrebbe essere applicata a indumenti che si adattano alle condizioni meteorologiche e altri dispositivi simili.
Se il polimero viene attorcigliato in una direzione, si restringe bruscamente quando viene riscaldato e si allunga rapidamente quando viene raffreddato, e se viene attorcigliato nella direzione opposta, sarà completamente opposto. Un design così semplice può, ad esempio, ruotare un rotore complessivo a una velocità di 10 mila giri / min. Più talemuscoli artificiali da lenza in quanto sono in grado di contrarsi fino al 50% della loro lunghezza originale (umani solo del 20%). Inoltre, si distinguono per la straordinaria resistenza: questo muscolo non si "stanca" nemmeno dopo un milione di ripetizioni dell'azione!
Dal Texas all'Amur
La scoperta degli scienziati di Dallas ha ispirato molti scienziati di tutto il mondo. Tuttavia, solo un robotico è riuscito a ripetere con successo la propria esperienza: Alexander Nikolaevich Semochkin, capo del laboratorio di tecnologia dell'informazione presso l'Università pedagogica statale bielorussa.
All'inizio, l'inventore ha atteso pazientemente nuovi articoli su Science sull'implementazione di massa dell'invenzione dei colleghi americani. Poiché ciò non è accaduto, lo scienziato dell'Amur ha deciso con le sue persone che la pensano allo stesso modo di ripetere la meravigliosa esperienza e creare muscoli artificiali da filo di rame e lenza con le proprie mani. Ma, ahimè, la copia non era praticabile.
Ispirazione da Skolkovo
Ritorno a esperimenti quasi abbandonati Alexander Semochkin è stato costretto per caso: lo scienziato è arrivato a una conferenza di robotica a Skolkovo, dove ha incontrato una persona dalla mentalità simile di Zelenograd, il capo della compagnia Neurobotics. Come si è scoperto, gli ingegneri di questa azienda sono anche impegnati a creare muscoli dalle lenze, che sono abbastanza praticabili.
Ritornato in patria, Alexander Nikolaevich si mise al lavoro con rinnovato vigore. In un mese e mezzo riuscì non solo ad assemblare muscoli artificiali lavorabili, ma anche a creare una macchina per attorcigliarli, che realizzava bobine di lenzarigorosamente ripetibile.
Muscolatura artificiale dell'annuncio
Per creare un muscolo di cinque centimetri, A. N. Semochkin ha bisogno di diversi metri di filo e 20 cm di lenza normale. Una macchina per la "produzione" di muscoli stampata in 3D, a proposito, distorce un muscolo in 10 minuti. Quindi la struttura viene posta in un forno riscaldato a +180 gradi Celsius per mezz'ora.
Puoi attivare un tale muscolo con l'aiuto della corrente elettrica: basta collegare la sua sorgente al filo. Di conseguenza, inizia a riscaldarsi e a trasferire il suo calore alla lenza. Quest'ultimo viene allungato o contratto, a seconda del tipo di muscolo che il dispositivo ha attorcigliato.
Piani dell'inventore
Il nuovo progetto di Alexander Semochkin è quello di "insegnare" ai muscoli creati a tornare più velocemente al loro stato originale. Ciò può essere aiutato dal rapido raffreddamento del cavo di alimentazione: lo scienziato suggerisce che un tale processo avverrà più velocemente sott'acqua. Dopo aver ottenuto un tale muscolo, Iskanderus, un robot antropomorfo dell'Università pedagogica statale bielorussa, ne diventerà il primo proprietario.
Lo scienziato non mantiene segreta la sua invenzione: pubblica video su YouTube e prevede anche di scrivere un articolo con istruzioni dettagliate per creare una macchina che distorce i muscoli dalla lenza e dal filo.
Il tempo non si ferma - i muscoli artificiali di cui vi abbiamo parlato sono già utilizzati in chirurgia per endo- eoperazioni laparoscopiche. E nel laboratorio "Disney" con la loro partecipazione, hanno assemblato una mano funzionante.
