Els robots moderns poden fer moltes coses. Però, al mateix temps, estan lluny de la facilitat humana i la gràcia dels moviments. I la culpa és: músculs artificials imperfectes. Científics de molts països estan intentant resoldre aquest problema. L'article es dedicarà a una breu visió general dels seus sorprenents invents.
Músculs polímers de científics de Singapur
Recentment, inventors de la Universitat Nacional de Singapur han fet un pas cap a més robots humanoides. Avui en dia, els androides de pes pesat són alimentats per sistemes hidràulics. Un desavantatge important d'aquest últim és la baixa velocitat. Els músculs artificials per a robots, presentats per científics de Singapur, permeten als cyborgs no només aixecar objectes 80 vegades més pesats que el seu propi pes, sinó també fer-ho tan ràpidament com una persona.
Un disseny innovador que s'estén cinc vegades de llarg ajuda els robots a "desplaçar-se" fins i tot a les formigues, que se sap que poden transportar objectes 20 vegades més pesants que el pes del seu propi cos. Els músculs del polímer tenen els avantatges següents:
- flexibilitat;
- força de cop;
- elasticitat;
- la capacitat de canviar la seva forma en pocs segons;
- la capacitat de convertir l'energia cinètica en energia elèctrica.
No obstant això, els científics no s'aturaran aquí: tenen previst crear músculs artificials que permetin al robot aixecar una càrrega 500 vegades més pesada que ell!
Descobriment de Harvard: músculs d'elèctrodes i elastòmers
Inventors que treballen a l'Escola de Ciències Aplicades i d'Enginyeria de la Universitat de Harvard han presentat nous músculs artificials qualitativament nous per als robots anomenats "tous". Segons els científics, la seva creació, que consisteix en un elastòmer suau i elèctrodes, que inclouen nanotubs de carboni, no és inferior en qualitat als músculs humans!
Tots els robots que existeixen avui, com ja s'ha dit, es basen en accionaments, el mecanisme dels quals és hidràulic o pneumàtic. Aquests sistemes funcionen amb aire comprimit o la reacció de productes químics. Això fa que sigui impossible construir un robot que sigui tan suau i ràpid com un humà. Els científics de Harvard han eliminat aquesta mancança creant un concepte qualitativament nou de músculs artificials per a robots.
El nou "múscul" cyborg és una estructura de diverses capes en què els elèctrodes de nanotub creats al laboratori de Clark controlen les capes superior i inferior d'elastòmers flexibles, una creació de científics de la Universitat de Califòrnia. Aquests músculsideal tant per a androides "tous" com per a instruments laparoscòpics en cirurgia.
Els científics de Harvard no es van aturar en aquest meravellós invent. Un dels seus últims desenvolupaments és un biorobot de raia. Els seus components són cèl·lules musculars del cor de rata, or i silicona.
La invenció del grup Bauchmann: un altre tipus de múscul artificial basat en nanotubs de carboni
L'any 1999, a la ciutat australiana de Kirchberg, a la 13a reunió de la International Winter School on the Electronic Properties of Innovative Materials, el científic Ray Bauchman, que treballa a Allied Signal i dirigeix un grup de recerca internacional, va fer un presentació. La seva publicació tractava de fer músculs artificials.
Els desenvolupadors liderats per Ray Bauchman van poder imaginar nanotubs de carboni en forma de làmines de nanopaper. Els tubs d'aquesta invenció estaven de totes les maneres possibles entrellaçats i barrejats entre ells. El nanopaper en si s'assemblava al paper normal pel seu aspecte: es podia agafar amb les mans, tallar-lo en tires i trossos.
L'experiment del grup va ser d'aspecte molt senzill: els científics van enganxar trossos de nanopaper a diferents costats de la cinta adhesiva i van baixar aquesta estructura en una solució salada conductora de l'electricitat. Després d'encendre la bateria de baixa tensió, ambdues nanostrips es van allargar, especialment la connectada al pol negatiu de la bateria elèctrica; aleshores el paper es va arrossegar. El model de múscul artificial va funcionar.
El mateix Bauhman creu que el seu invent després d'una modernització qualitativatransformarà significativament la robòtica, perquè aquests músculs de carboni, quan es flexionen / s'estenen, creen un potencial elèctric: produeixen energia. A més, aquests músculs són tres vegades més forts que els humans, poden funcionar a temperatures extremadament altes i baixes, utilitzant un corrent i una tensió baixes per al seu treball. És molt possible utilitzar-lo per a pròtesis de músculs humans.
Universitat de Texas: músculs artificials fets amb fil de pescar i fil de cosir
Un dels més cridaners és el treball d'un equip de recerca de la Universitat de Texas, que es troba a Dallas. Va aconseguir un model de músculs artificials, amb la seva força i potència que recorda a un motor a reacció: 7,1 CV / kg! Aquests músculs són centenars de vegades més forts i més productius que els humans. Però el més sorprenent aquí és que es van construir amb materials primitius: fil de pescar de polímer d' alta resistència i fil de cosir.
La nutrició d'aquest múscul és una diferència de temperatura. Es proporciona per un fil de cosir recobert d'una fina capa de metall. Tanmateix, en el futur, els músculs dels robots poden ser alimentats pels canvis de temperatura del seu entorn. Per cert, aquesta propietat es pot aplicar a la roba que s'adapti al clima i altres dispositius similars.
Si el polímer es gira en una direcció, s'encongrà bruscament quan s'escalfa i s'estirarà ràpidament quan es refreda, i si es gira en la direcció oposada, serà completament oposat. Un disseny tan senzill pot, per exemple, girar un rotor global a una velocitat de 10 mil revolucions / min. A més talmúsculs artificials de la línia de pescar, ja que són capaços de contraure fins a un 50% de la seva longitud original (humà només en un 20%). A més, es distingeixen per una resistència sorprenent: aquest múscul no es "cansa" fins i tot després d'un milió de repeticions de l'acció!
De Texas a Amur
El descobriment de científics de Dallas ha inspirat a molts científics d'arreu del món. Tanmateix, només un robòtic va aconseguir repetir amb èxit la seva experiència: Alexander Nikolaevich Semochkin, cap del laboratori de tecnologia de la informació de la Universitat Pedagògica Estatal de Bielorússia.
Al principi, l'inventor va esperar pacientment nous articles a Science sobre la implementació massiva de la invenció dels col·legues nord-americans. Com que això no va passar, el científic d'Amur va decidir amb la seva gent afins a repetir la meravellosa experiència i crear músculs artificials amb filferro de coure i fil de pescar amb les seves pròpies mans. Però, per desgràcia, la còpia no era viable.
Inspiració de Skolkovo
Tornar a experiments gairebé abandonats Alexander Semochkin es va veure obligat per una casualitat: el científic va arribar a una conferència de robòtica a Skolkovo, on va conèixer una persona semblant de Zelenograd, el cap de l'empresa de Neurobotics. Com va resultar, els enginyers d'aquesta empresa també estan ocupats creant músculs a partir de línies de pesca, que són força viables.
Al tornar a la seva terra natal, Alexander Nikolaevich es va posar a treballar amb renovat vigor. En un mes i mig, va ser capaç no només de muntar músculs artificials treballables, sinó també de crear una màquina per torçar-los, que feia bobines de fil de pescar.estrictament repetible.
Anunciació musculatura artificial
Per crear un múscul de cinc centímetres, A. N. Semochkin necessita diversos metres de filferro i 20 cm de fil de pesca normal. Una màquina de "producció" muscular impresa en 3D, per cert, torça un múscul en 10 minuts. A continuació, l'estructura es col·loca en un forn escalfat a +180 graus centígrads durant mitja hora.
Podeu activar aquest múscul amb l'ajuda del corrent elèctric; només cal que connecteu la seva font al cable. Com a resultat, comença a escalfar-se i transfereix la seva calor a la línia de pescar. Aquest últim s'estira o es contrau, depenent del tipus de múscul que l'aparell va torçar.
Plans de l'inventor
El nou projecte d'Alexander Semochkin és "ensenyar" als músculs creats a tornar al seu estat original més ràpidament. Això es pot ajudar amb el refredament ràpid del cable d'alimentació: el científic suggereix que aquest procés es produirà més ràpidament sota l'aigua. Un cop obtingut aquest múscul, Iskanderus, un robot antropomòrfic de la Universitat Pedagògica Estatal de Bielorússia, es convertirà en el seu primer propietari.
El científic no guarda el seu invent en secret: publica vídeos a YouTube i també té previst escriure un article amb instruccions detallades per crear una màquina que torça els músculs de la línia de pescar i el cable.
El temps no s'atura: els músculs artificials dels quals us vam parlar ja s'utilitzen en cirurgia per endo- ioperacions laparoscòpiques. I al laboratori "Disney" amb la seva participació, van muntar una mà en funcionament.
