ربات های مدرن می توانند کارهای زیادی انجام دهند. اما در عین حال از سهولت و لطف انسان در حرکات به دور هستند. و عیب این است - عضلات مصنوعی ناقص. دانشمندان بسیاری از کشورها در تلاش برای حل این مشکل هستند. این مقاله به مروری کوتاه بر اختراعات شگفت انگیز آنها اختصاص خواهد یافت.
ماهیچه های پلیمری از دانشمندان سنگاپور
اخیراً توسط مخترعان دانشگاه ملی سنگاپور گامی به سوی روبات‌های انسان‌نما بیشتر برداشته شد. امروزه اندرویدهای سنگین وزن با سیستم های هیدرولیک تغذیه می شوند. یکی از معایب قابل توجه دومی سرعت کم است. ماهیچه‌های مصنوعی برای روبات‌ها که توسط دانشمندان سنگاپوری ارائه شده است، به سایبورگ‌ها این امکان را می‌دهد که نه تنها اجسامی را که ۸۰ برابر سنگین‌تر از وزن خود هستند، بلند کنند، بلکه به سرعت یک فرد نیز این کار را انجام دهند.
طراحی نوآورانه ای که پنج برابر طول کشیده می شود به ربات ها کمک می کند حتی مورچه ها را که می توانند اجسام 20 برابر سنگین تر از وزن بدن خود حمل کنند، "دور" کنند. عضلات پلیمری مزایای زیر را دارند:
- انعطاف پذیری;
- قدرت ضربه ای؛
- کشسانی;
- قابلیت تغییر شکل آن در چند ثانیه؛
- توانایی تبدیل انرژی جنبشی به انرژی الکتریکی.
با این حال، دانشمندان در اینجا متوقف نمی شوند - آنها قصد دارند ماهیچه های مصنوعی ایجاد کنند که به ربات اجازه می دهد تا باری را 500 برابر سنگین تر از خودش بلند کند!
کشف از هاروارد - عضلات از الکترودها و الاستومر
مخترعانی که در دانشکده علوم کاربردی و مهندسی در دانشگاه هاروارد کار می کنند، ماهیچه های مصنوعی جدید کیفی را برای ربات های به اصطلاح "نرم" ارائه کرده اند. به گفته دانشمندان، زاییده فکر آنها، متشکل از یک الاستومر نرم و الکترودهایی که شامل نانولوله های کربنی است، از نظر کیفیت از ماهیچه های انسان کمتر نیست!
همه ربات‌هایی که امروزه وجود دارند، همانطور که قبلاً ذکر شد، مبتنی بر درایوهایی هستند که مکانیسم آنها هیدرولیک یا پنوماتیک است. چنین سیستم هایی با هوای فشرده یا واکنش مواد شیمیایی تغذیه می شوند. این امر ساخت رباتی را غیرممکن می کند که مانند انسان نرم و سریع باشد. دانشمندان هاروارد با ایجاد یک مفهوم کیفی جدید از ماهیچه های مصنوعی برای روبات ها این نقص را برطرف کرده اند.
«عضله» جدید سایبورگ یک ساختار چند لایه است که در آن الکترودهای نانولوله ای ایجاد شده در آزمایشگاه کلارک، لایه های بالایی و پایینی الاستومرهای انعطاف پذیر را کنترل می کنند که زاییده فکر دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا است. چنین ماهیچه هاییهم برای اندرویدهای "نرم" و هم برای ابزارهای لاپاراسکوپی در جراحی ایده آل است.
دانشمندان هاروارد به این اختراع شگفت انگیز بسنده نکردند. یکی از آخرین پیشرفت‌های آنها یک ربات زیستی استینگray است. اجزای آن سلول های عضله قلب موش صحرایی، طلا و سیلیکون است.
اختراع گروه باخمن: نوع دیگری از ماهیچه های مصنوعی مبتنی بر نانولوله های کربنی
در سال 1999 در شهر کرچبرگ استرالیا در سیزدهمین نشست مدرسه زمستانی بین المللی در مورد ویژگی های الکترونیکی مواد نوآورانه، دانشمند ری باخمن که در Allied Signal کار می کند و سرپرست یک گروه تحقیقاتی بین المللی است، ارائه. پست او درباره ساخت عضلات مصنوعی بود.
توسعه دهندگان به رهبری ری باخمن توانستند نانولوله های کربنی را به شکل ورقه های نانو کاغذ تصور کنند. لوله های این اختراع به هر شکل ممکن در هم تنیده و با یکدیگر مخلوط شده بودند. خود کاغذ نانو از نظر ظاهری شبیه کاغذ معمولی بود - می‌توان آن را در دست نگه داشت، به صورت نوار و تکه برش داد.
آزمایش این گروه از نظر ظاهری بسیار ساده بود - دانشمندان تکه‌های نانوکاغذ را به طرف‌های مختلف نوار چسب متصل کردند و این ساختار را به یک محلول رسانای الکتریکی نمکی پایین آوردند. پس از روشن شدن باتری کم ولتاژ، هر دو نانو نوار کشیده شدند، به خصوص نواری که به قطب منفی باتری الکتریکی متصل است. سپس کاغذ جمع شد. مدل ماهیچه مصنوعی کار کرد.
باوهمن خود معتقد است که اختراع او پس از یک مدرنیزاسیون کیفی استرباتیک را به طور قابل توجهی متحول می کند، زیرا چنین ماهیچه های کربنی، هنگامی که خم می شوند / گسترش می یابند، یک پتانسیل الکتریکی ایجاد می کنند - آنها انرژی تولید می کنند. علاوه بر این، چنین ماهیچه هایی سه برابر قوی تر از انسان هستند، می توانند در دماهای بسیار بالا و پایین کار کنند و از جریان و ولتاژ کم برای کار خود استفاده کنند. استفاده از آن برای پروتز عضلات انسان کاملاً ممکن است.
دانشگاه تگزاس: عضلات مصنوعی ساخته شده از نخ ماهیگیری و نخ خیاطی
یکی از چشمگیرترین آنها کار یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه تگزاس است که در دالاس واقع شده است. او موفق شد مدلی از ماهیچه های مصنوعی را به دست آورد، با قدرت و قدرت آن که یادآور موتور جت است - 7.1 اسب بخار / کیلوگرم! چنین ماهیچه هایی صدها برابر قوی تر و پربازده تر از ماهیچه های انسان هستند. اما شگفت انگیزترین چیز در اینجا این است که آنها از مواد اولیه ساخته شده اند - نخ ماهیگیری پلیمری با استحکام بالا و نخ دوخت.
تغذیه چنین ماهیچه ای یک تفاوت دما است. این توسط یک نخ دوخت پوشیده شده با یک لایه نازک از فلز تامین می شود. با این حال، در آینده، ماهیچه‌های ربات‌ها ممکن است با تغییر دمای محیطشان تغذیه شوند. به هر حال، این ویژگی ممکن است برای لباس های سازگار با آب و هوا و سایر دستگاه های مشابه اعمال شود.
اگر پلیمر در یک جهت پیچ خورده باشد در هنگام گرم شدن شدیدا جمع می شود و در هنگام سرد شدن سریع کشیده می شود و اگر در جهت مخالف پیچ خورده باشد کاملا برعکس خواهد بود. به عنوان مثال، چنین طراحی ساده ای می تواند یک روتور کلی را با سرعت 10 هزار دور در دقیقه بچرخاند. به علاوه چنینماهیچه های مصنوعی از خط ماهیگیری به این دلیل که می توانند تا 50٪ طول اصلی خود را منقبض کنند (فقط 20٪ در انسان). علاوه بر این، آنها با استقامت شگفت انگیز متمایز می شوند - این عضله حتی پس از یک میلیون تکرار عمل "خسته نمی شود"!
از تگزاس به آمور
کشف دانشمندان دالاس الهام بخش بسیاری از دانشمندان از سراسر جهان شده است. با این حال، تنها یک رباتیک توانست با موفقیت تجربه خود را تکرار کند - الکساندر نیکولاویچ سموچکین، رئیس آزمایشگاه فناوری اطلاعات در دانشگاه دولتی آموزشی بلاروس.
در ابتدا، مخترع صبورانه منتظر مقالات جدیدی در Science در مورد اجرای انبوه اختراع همکاران آمریکایی بود. از آنجایی که این اتفاق نیفتاد، دانشمند آمور با همفکران خود تصمیم گرفت این تجربه شگفت انگیز را تکرار کند و با دستان خود عضلات مصنوعی را از سیم مسی و نخ ماهیگیری ایجاد کند. اما، افسوس، کپی قابل اجرا نبود.
الهام از Skolkovo
بازگشت به آزمایش‌های تقریباً رها شده الکساندر سموچکین با یک شانس مجبور شد - دانشمند به یک کنفرانس روباتیک در Skolkovo رسید، جایی که با فردی همفکر از Zelenograd، رئیس شرکت Neurobotics ملاقات کرد. همانطور که مشخص شد، مهندسان این شرکت نیز مشغول ایجاد عضلات از خطوط ماهیگیری هستند که کاملاً قابل دوام است.
در بازگشت به وطن خود، الکساندر نیکولایویچ با قدرتی تازه دست به کار شد. در عرض یک ماه و نیم، او نه تنها توانست ماهیچه های مصنوعی کارآمد را جمع کند، بلکه ماشینی برای پیچاندن آنها ایجاد کرد که سیم پیچ هایی از نخ ماهیگیری می ساخت.کاملاً قابل تکرار.
عضله مصنوعی بشارت
برای ایجاد یک عضله پنج سانتی متری، A. N. Semochkin به چندین متر سیم و 20 سانتی متر نخ ماهیگیری معمولی نیاز دارد. به هر حال، یک دستگاه "تولید" عضله با چاپ سه بعدی، یک عضله را در 10 دقیقه می پیچد. سپس ساختار را به مدت نیم ساعت در فر گرم شده با دمای 180+ درجه سانتیگراد قرار می دهیم.
می توانید چنین ماهیچه ای را با کمک جریان الکتریکی فعال کنید - فقط منبع آن را به سیم وصل کنید. در نتیجه شروع به گرم شدن می کند و حرارت خود را به خط ماهیگیری منتقل می کند. دومی کشیده یا منقبض می شود - بسته به نوع ماهیچه ای که دستگاه پیچ خورده است.
برنامه های مخترع
پروژه جدید الکساندر سموچکین "آموزش" به عضلات ایجاد شده برای بازگشت سریعتر به حالت اولیه است. این می تواند با خنک شدن سریع سیم برق کمک کند - دانشمند پیشنهاد می کند که چنین فرآیندی در زیر آب سریعتر اتفاق می افتد. پس از به دست آوردن چنین ماهیچه ای، اسکندروس، یک ربات انسان نما از دانشگاه دولتی آموزشی بلاروس، اولین مالک آن خواهد شد.
دانشمند اختراع خود را مخفی نگه نمی دارد - او ویدئوهایی را در YouTube پست می کند و همچنین قصد دارد مقاله ای با دستورالعمل های دقیق برای ایجاد دستگاهی بنویسد که ماهیچه ها را از نخ ماهیگیری و سیم می پیچد.
زمان ثابت نمی ماند - ماهیچه های مصنوعی که به شما گفتیم قبلاً در جراحی اندود وعمل های لاپاراسکوپی و در آزمایشگاه "دیزنی" با مشارکت آنها یک دست کارآمد را مونتاژ کردند.
