Dalam kemajuan besar dalam robotik, robot dengan otot 'lembut' seperti manusia telah berjaya direka untuk kali pertama. Robot lembut sedemikian boleh menjadi rahmat untuk mereka bentuk robot mesra manusia pada masa hadapan.
Robot ialah mesin boleh atur cara yang digunakan secara rutin dalam aplikasi perindustrian, contohnya sebagai sebahagian daripada automasi, terutamanya pembuatan kerana ia direka untuk mahir dalam tugasan berulang yang memerlukan banyak kekuatan dan kuasa. Robot berinteraksi dengan dunia fizikal melalui penderia dan penggerak di dalamnya dan ia boleh diprogramkan semula menjadikannya lebih berguna dan fleksibel daripada mesin fungsi tunggal biasa. Jelas sekali dari cara robot ini direka bentuk untuk melakukan kerja bahawa gerakan mereka sangat tegar, kadangkala tersentak, seperti mesin dan mereka berat, memaksa dan ia tidak berguna apabila tugas tertentu memerlukan jumlah daya yang berubah-ubah pada masa yang berbeza. mata. Robot juga kadangkala berbahaya dan mungkin memerlukan kandang yang selamat kerana ia tidak sensitif kepada persekitaran mereka. Bidang robotik sedang meneroka pelbagai disiplin untuk mereka bentuk, membina, memprogram dan menggunakan mesin robotik dengan cekap dalam pelbagai bidang industri dan teknologi perubatan dengan keperluan yang berbeza.
Dalam kajian berkembar baru-baru ini yang diketuai oleh Christoph Keplinger, penyelidik mempunyai robot yang sesuai dengan kelas otot baharu yang hampir sama dengan otot manusia kita dan mereka memiliki serta menonjolkan kekuatan dan kepekaan seperti yang kita lakukan. Idea utama adalah untuk menyediakan lebih banyak "semulajadi” pergerakan ke mesin iaitu robot. 99.9 peratus daripada semua robot hari ini adalah mesin tegar yang diperbuat daripada keluli atau logam, manakala badan biologi adalah lembut tetapi mempunyai keupayaan yang luar biasa. Robot dengan otot 'lembut' atau 'lebih nyata' ini boleh direka bentuk yang sesuai untuk melakukan tugas rutin dan halus (yang dilakukan oleh otot manusia setiap hari), contohnya hanya mengambil buah lembut atau meletakkan telur di dalam bakul. Berbanding dengan robot tradisional, robot yang dipasang dengan 'otot buatan' akan menjadi seperti versi 'lebih lembut' bagi diri mereka sendiri dan lebih selamat dan mereka kemudiannya boleh disesuaikan untuk melaksanakan hampir semua tugas dalam jarak dekat orang, mencadangkan beberapa kemungkinan aplikasi yang dikaitkan dengan dan sekitar kehidupan manusia. Robot lembut boleh dirujuk sebagai robot 'kolaboratif', kerana mereka akan direka bentuk secara unik untuk menjalankan tugas tertentu dengan cara yang hampir sama seperti manusia.
Penyelidik telah cuba mencipta robot otot lembut. Robot sedemikian akan memerlukan yang lembut otot teknologi untuk menyamar sebagai otot manusia dan dua teknologi sedemikian telah dicuba oleh penyelidik - penggerak pneumatik dan penggerak elastomer dielektrik. 'Penggerak' ditakrifkan sebagai peranti sebenar yang menggerakkan robot, atau robot menunjukkan pergerakan tertentu. Dalam penggerak pneumatik, kantung lembut dipam dengan gas atau cecair untuk mencipta pergerakan tertentu. Ini adalah reka bentuk yang ringkas tetapi masih berkuasa walaupun pamnya tidak praktikal dan ia mempunyai takungan yang besar. Teknologi kedua - penggerak elastomer dielektrik menggunakan konsep menggunakan medan elektrik merentasi plastik fleksibel penebat untuk mengubah bentuknya dan seterusnya mencipta pergerakan. Kedua-dua teknologi ini sendiri masih belum berjaya kerana apabila bolt elektrik melalui plastik, peranti ini gagal teruk dan dengan itu tidak tahan terhadap kerosakan mekanikal.
Lagi “manusia seperti” robot dengan otot yang serupa
Dalam kajian berkembar yang dilaporkan dalam Sains/Ilmu1 and Sains Robotik2, penyelidik mengambil aspek positif daripada dua teknologi otot lembut yang ada dan mencipta penggerak seperti otot lembut ringkas yang menggunakan elektrik untuk mengubah pergerakan cecair di dalam kantung kecil. Kantung polimer fleksibel ini mengandungi cecair penebat, contohnya minyak biasa (minyak sayuran atau minyak kanola) dari pasar raya, atau sebarang cecair serupa boleh digunakan. Sebaik sahaja voltan digunakan di antara elektrod hidrogel yang diletakkan di antara kedua-dua belah kantung, bahagian tepi ditarik antara satu sama lain, kekejangan minyak berlaku, memerah cecair di dalamnya dan menyebabkan ia mengalir di dalam kantung. Ketegangan ini mewujudkan pengecutan otot buatan dan apabila elektrik terputus, minyak mengendur semula, meniru tiruan kelonggaran otot. Penggerak menukar bentuk dengan cara ini, dan objek yang disambungkan kepada penggerak menunjukkan pergerakan. Oleh itu, 'otot buatan' ini mengecut dan melepaskan (flex) serta-merta dalam milisaat dengan cara yang sama dan dengan ketepatan dan daya yang sama otot rangka manusia yang sebenar. Pergerakan ini malah boleh mengalahkan kelajuan tindak balas otot manusia kerana otot manusia secara serentak berkomunikasi dengan otak menyebabkan kelewatan, walaupun tidak dapat dilihat. Oleh itu, melalui reka bentuk ini, sistem bendalir telah dicapai yang mempunyai kawalan elektrik langsung yang mempamerkan serba boleh dan prestasi tinggi.
Dalam kajian pertama1 in Sains/Ilmu, penggerak direka bentuk dalam bentuk donat dan mereka mempunyai keupayaan dan ketangkasan untuk mengambil dan memegang raspberi melalui penggenggam robot (dan tidak meletupkan buah!). Kerosakan yang mungkin berlaku oleh bolt elektrik apabila melalui cecair penebat (isu utama dengan penggerak yang direka bentuk sebelum ini) juga telah dijaga dalam reka bentuk semasa dan sebarang kerosakan elektrik telah dipulihkan sendiri atau dibaiki serta-merta dengan hanya yang baru. pengaliran cecair ke bahagian 'rosak' melalui proses pengagihan semula yang mudah. Ini disebabkan oleh penggunaan bahan cecair, yang lebih berdaya tahan, menggantikan lapisan penebat pepejal yang digunakan dalam banyak reka bentuk terdahulu dan yang rosak serta-merta. Dalam proses ini otot buatan bertahan lebih daripada satu juta kitaran penguncupan. Penggerak khusus ini, berbentuk donat dengan mudah boleh memilih raspberi. Begitu juga, dengan menyesuaikan bentuk kantung elastik ini, penyelidik mencipta pelbagai jenis penggerak dengan pergerakan yang unik, contohnya malah mengambil telur yang rapuh dengan ketepatan dan daya yang diperlukan tepat. Otot fleksibel ini telah dipanggil sebagai penggerak "Elektrostatik Penyembuhan Sendiri Diperkuat Hidraulik", atau penggerak HASEL. Dalam kajian kedua2 diterbitkan dalam Sains Robotik,pasukan yang sama seterusnya mencipta dua reka bentuk otot lembut lain yang menguncup secara linear, sangat serupa dengan bisep manusia, dengan itu mempunyai keupayaan untuk berulang kali mengangkat objek lebih berat daripada beratnya sendiri.
A Pendapat umum ialah memandangkan robot adalah mesin jadi mereka pastinya mempunyai kelebihan berbanding manusia, tetapi, apabila ia datang kepada kebolehan menakjubkan yang diberikan oleh otot kita, seseorang boleh mengatakan bahawa robot pucat jika dibandingkan. Otot manusia sangat kuat dan otak kita mempunyai jumlah kawalan yang luar biasa ke atas otot kita. Inilah sebabnya otot manusia mampu melakukan tugas yang rumit dengan ketepatan contohnya menulis. Otot kita berulang kali mengecut dan mengendur apabila melakukan tugas yang berat dan dikatakan bahawa kita sebenarnya menggunakan hanya kira-kira 65 peratus keupayaan otot kita dan had ini ditetapkan terutamanya oleh pemikiran kita. Jika kita boleh bayangkan robot yang mempunyai otot lembut seperti manusia, kekuatan dan keupayaannya adalah sangat besar. Kajian-kajian ini dilihat sebagai langkah pertama untuk membangunkan penggerak yang suatu hari nanti boleh mencapai keupayaan besar otot biologi sebenar.
Robotik 'lembut' kos efektif
Penulis mengatakan bahawa bahan seperti kantung polimer kerepek kentang, minyak dan juga elektrod adalah murah dan mudah didapati dengan kos hanya 0.9 USD (atau 10 sen). Ini adalah menggalakkan bagi unit pembuatan industri semasa dan bagi penyelidik untuk melanjutkan kepakaran mereka. Bahan yang berkos rendah boleh berskala dan serasi dengan amalan industri semasa dan peranti sedemikian boleh digunakan untuk beberapa aplikasi seperti peranti prostetik atau sebagai teman manusia. Ini adalah aspek yang sangat menarik, kerana istilah robotik sentiasa disamakan dengan kos yang tinggi. Kelemahan yang dikaitkan dengan otot buatan tersebut ialah jumlah elektrik yang tinggi yang diperlukan untuk operasinya dan terdapat juga kemungkinan terbakar jika robot menyimpan terlalu banyak kuasanya. Robot lembut jauh lebih halus daripada robot tradisional mereka yang menjadikan reka bentuk mereka lebih mencabar, contohnya kemungkinan menusuk, kehilangan kuasa dan menumpahkan minyak. Robot lembut ini pastinya memerlukan sejenis aspek penyembuhan diri, seperti kebanyakan robot lembut sudah lakukan.
Robot lembut yang cekap dan teguh boleh menjadi sangat berguna dalam kehidupan manusia kerana ia boleh melengkapkan manusia dan bekerja dengan mereka seperti robot "kolaboratif" dan bukannya robot yang menggantikan manusia. Selain itu, lengan prostetik tradisional mungkin lebih lembut, menyenangkan dan sensitif. Kajian-kajian ini menjanjikan dan jika permintaan kuasa yang tinggi dapat ditangani, ia berpotensi untuk merevolusikan masa depan robot dari segi reka bentuk dan cara mereka bergerak.
***
{Anda boleh membaca kertas penyelidikan asal dengan mengklik pautan DOI yang diberikan di bawah dalam senarai sumber yang dipetik}
Sumber (s)
1. Acome et al. 2018. Penggerak elektrostatik penyembuhan diri dikuatkan secara hidraulik dengan prestasi seperti otot. Sains. 359(6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris et al. 2018. Penggerak Peano-HASEL: Mimetik otot, transduser elektrohidraulik yang mengecut secara linear semasa pengaktifan. Sains Robotik. 3(14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
