Umělé svaly s vlastními rukama: výroba a funkce

Moderní robotové mohou udělat hodně. Jsou však daleko od lidské pohody a půvabných pohybů. A chyba je nedokonalé umělé svaly. Vědci z mnoha zemí se snaží tento problém vyřešit. Článek bude věnován krátkému přehledu o jejich úžasných invencích.

Polymerické svaly od singapurských vědců

Krok na další antropoidní roboty jak nedávno vytvořili vynálezci Singapurské národní univerzity. Dnešní androidové heavyweights se pohybují kvůli provozu hydraulických systémů. Významnou nevýhodou je nízká rychlost. Umělé svaly pro roboty, prezentované singapurskými vědci, umožňují cyborgům nejen zvedat objekty, které jsou 80krát těžší než jejich vlastní váha, ale také to udělat tak rychle jako člověk.

Inovační vývoj, který se rozkládá pětkrát, pomáhá "obejit" roboty i mravce, které, jak víte, mohou mít objekty 20krát těžší než jejich vlastní lýtko. Polymerní svaly mají následující výhody:

• flexibilita;
• překvapující síla;
• elasticita;
• schopnost změnit svůj tvar během několika sekund;
• schopnost převést kinetickou energii na elektrickou energii.

Vědci se však na tom nezastaví - ve svých plánech na vytvoření umělých svalů, které robotovi umožní zvednout zátěž 500krát těžší než on sám!

Objev z Harvardu - svaly z elektrod a elastomeru

Inventáři, kteří pracují na škole aplikovaných a inženýrských věd na Harvardské univerzitě, představili kvalitativně nové umělé svaly pro takzvané "měkké" roboty. Podle vědců jejich potomci, sestávající z měkkého elastomeru a elektrod, v jehož složení uhlíkových nanotrubiček, svým vlastnostem není horší než lidské svalstvo!

Všechny existující pro dnešní roboty, jak již bylo zmíněno, mají ve svém základu pohony, jejichž mechanismem je hydraulika nebo pneumatika. Tyto systémy fungují pomocí stlačeného vzduchu nebo chemických reakcí. To vám neumožňuje navrhnout robota, který je tak měkký a rychlý jako člověk. Vědci Harvardu tento nedostatek odstranili a vytvořili tak kvalitní nový koncept umělých svalů pro roboty.

Nové „svaly“ Kyborgové - struktura vícevrstvá, ve kterém elektrody nanotrubic Clark v laboratoři, které jsou vedeny horní a dolní vrstvy pružného elastomeru, je kreativního myšlení vědců z University of California již. Tyto svaly jsou ideální jak pro "měkké" androidy, tak i pro laparoskopické nástroje v chirurgii.

Na tomto pozoruhodném vynálezu se vědci Harvardu nezastavili. Jedním z nejnovějších trendů je biorobot-skate. Jeho složkami jsou buňky srdce, krysy, zlato a silikon.

Vynález skupiny Bauchmann: jiný typ umělých svalů založených na uhlíkových nanotrubkách

V roce 1999 v australském městečku Kirchberg na 13. zasedání Mezinárodní Zimní škola elektronických vlastností inovativních materiálů, udělali prezentaci vědec Ray Bauhman pracuje ve společnosti Allied Signal a vedoucí mezinárodního výzkumného týmu. Jeho poselství se týkalo umělých svalů.

Vývojáři pod Rayem Bauchmannem by mohli prezentovat uhlíkové nanotrubice ve formě nanowave listů. Trubky podle tohoto vynálezu byly v každém možném způsobu propletené a propletené. Samotný nano-papír vypadal jako obvykle - mohl by být držen v ruce, nakrájen na proužky a kusy.

Experiment skupiny byl velmi jednoduchý - vědci připojili kusy nano-papíru k různým stranám lepicí pásky a snížili tuto strukturu na solné elektrovodivé řešení. Po zapnutí nízkonapěťové baterie došlo k prodloužení obou nanovláken, zvláště pak k napájecímu akumulátoru připojenému k zápornému pólu elektrického akumulátoru - pak k ohýbanému papíru. Model umělého svalu fungoval.

Sam Bauhman se domnívá, že jeho vynález po kvalitní modernizaci významně změní robotiku, protože takové uhlíkové svaly s ohybem / prodloužením vytvářejí elektrický potenciál - vyrábějí energii. Kromě toho je tento sval třikrát silnější než člověk, může pracovat při extrémně vysokých a nízkých teplotách, při níž pracuje s nízkým proudem a napětím. Je zcela možné ji použít pro protetiku lidských svalů.

Univerzita Texas: umělé svaly z rybářské linie a šicí nitě

Jedna z nejpozoruhodnějších je práce akademické skupiny z Texaské univerzity, která se nachází v Dallasu. Podařilo se mu získat model umělého svalstva, v síle a síle podobném tryskovému motoru - 7,1 hp / kg! Takové svaly jsou stokrát silnější a produktivnější než lidské. Ale nejvíce překvapivé je, že byly vyrobeny z primitivních materiálů - vysoce pevná rybářská linie vyrobená z polymeru a šicí nitě.

Výživa takového svalu je pokles teploty. Poskytuje šicí nit, pokrytý tenkou vrstvou kovu. V budoucnu však mohou být svaly robotů přiváděny z rozdílů v teplotách prostředí. Tato vlastnost, mimochodem, může být použita pro oděvy přizpůsobené počasí a jiným podobným zařízením.

Pokud je polymer zkroucený v jednom směru, po zahřátí se po zahřátí výrazně roztáhne a po ochlazení rychle expanduje a pokud je v druhém, je to v opačném směru. Taková jednoduchá konstrukce může například otáčet celkový rotor rychlostí 10 000 ot / min. Navíc takové umělé svaly z řady jsou, že jsou schopné snížit až 50% původní délky (lidské pouze o 20%). Kromě toho se vyznačují úžasnou vytrvalostí - tento sval není "unavený" i po milionech opakováních akce!

Od Texasu po Amur

Objev vědců z Dallasu inspiroval mnoho vědců z celého světa. Úspěšně opakovali své zkušenosti, nicméně bylo možné pouze jednu robotiku - Alexandera Nikolajevič Semochkin, vedoucí laboratoře informačních technologií na BSPU.

Původně vynálezce trpělivě čekal na nové články ve Vědě o masivním zavedení vynálezu amerických kolegů. Vzhledem k tomu, že se to nestalo, vědec Amur rozhodl se svými podobně smýšlejícími lidmi, aby opakovali nádherný zážitek a vytvořili umělé svaly měděného drátu a rybářské linie se svými vlastními rukama. Ale bohužel, kopie nebyla životaschopná.

Inspirace od Skolkova

Zpět do téměř opuštěné pokusy Semochkina Alexander dělal věci - vědec padlo na robotehnicheskuyu konferenci v „Skolkovo“, kde se setkal s podobně smýšlejícími z Zelenograd, „Neyrobotiks“ vedoucí společnosti. Jak se ukázalo, inženýři této firmy jsou také zaneprázdněni vytvářet svaly z lesa, které jsou docela životaschopné.

Vrátil se do své vlasti a Alexander Nikolayevich začal pracovat s novou silou. Za měsíc a půl dokázal nejen sbírat umělé umělé svaly, ale také vytvořit stroj, který by je mohl zkroucit, což způsobilo, že zatáčky řádku se mohou opakovat.

Zvěstování umělé svaloviny

Chcete-li vytvořit pět centimetrů svalů, AN Semochkin potřebuje několik metrů drátu a 20 cm obyčejné rybářské linie. Přístroj na "výrobu" svalů, mimochodem, tištěný na 3D tiskárně, otáčí svaly po dobu 10 minut. Poté je konstrukce umístěna po dobu půl hodiny v peci ohřáté na +180 stupňů Celsia.

Aktivace takového svalu může být pomocí elektrického proudu - stačí připojit jeho zdroj k drátu. Výsledkem je, že se zahřeje a přenáší své teplo na rybářskou linku. Ta se roztahuje nebo zkracuje - v závislosti na typu svalu, který stroj zkroucil.

Plány vynálezce

Novým projektem Alexandra Semochkina je "učit" vytvořené svaly, aby se rychleji vrátili do původního stavu. To může pomoci rychlé ochlazení přívodního drátu - vědec předpokládá, že takový proces bude rychlejší pod vodou. Po získání takového svalu bude prvním majitelem Iskanderus - antropomorfní robot BSPU.

Vědec nedrží svůj vynález tajný - nahrává videa do "Youtube" a plánuje napsat článek s podrobnými pokyny pro vytvoření stroje, který zkroutí svaly z linky a drátu.

Čas nekončí - umělé svaly, o kterých jsme vám řekli, se již používají v chirurgii pro endo- a laparoskopické operace. A v laboratoři "Disney" s jejich účastí shromáždila funkční ruku.