En korak bližje k robotom, ki so podobni živim bitjem

Columbia Engineering
Samostojni mehki aktuator, ki je trikrat močnejši od naravnih mišic in ne potrebuje zunanjih delov, pomeni preboj na področju mehke robotike.

Raziskovalci na univerzi Columbia Engineering [1] so rešili dolgoletno težavo pri ustvarjanju nevezanih mehkih robotov, katerih delovanje in gibanje lahko pomaga posnemati naravne biološke sisteme. Skupina v laboratoriju Creative Machines, ki ga vodi profesor strojništva Hod Lipson, je razvila sintetično mehko mišico, ki jo je mogoče natisniti s 3D-tiskalnikom, edinstveno umetno aktivno tkivo z lastno sposobnostjo širjenja, ki ne potrebuje zunanjega kompresorja ali visokonapetostne opreme, kot so to zahtevale predhodne mišice. Novi material ima 15-krat večjo gostoto deformacije (raztezanje na gram) kot naravna mišica in lahko dvigne 1000-kratno lastno težo.

Njihove ugotovitve so opisane v novi študiji [2] (DOI 10.1038/s41467-017-00685-3) z naslovom „Soft Material for Soft Actuators“, objavljeni v reviji Nature Communications [3].

Doslej noben material ni mogel delovati kot mehka mišica, saj ni mogel izkazovati želenih lastnosti, kot sta visoka obremenitev pri sprožitvi in visoka deformacija. Obstoječe tehnologije mehkih aktuatorjev običajno temeljijo na pnevmatskem ali hidravličnem napihovanju elastomernih kož, ki se razširijo, ko se jim dovede zrak ali tekočina. Zunanji kompresorji in oprema za uravnavanje tlaka, ki so potrebni za takšne tehnologije, preprečujejo miniaturizacijo in izdelavo robotov, ki se lahko samostojno premikajo in delujejo.

„Na področju izdelave robotskih umov smo naredili velik napredek, vendar so robotska telesa še vedno primitivna,“ je dejal Hod Lipson. „To je velik del sestavljanke in tako kot v biologiji je mogoče novi aktuator oblikovati in preoblikovati na tisoč načinov. Premagali smo eno od zadnjih ovir za izdelavo robotov, ki so podobni življenjskim oblikam.“

Mehki materiali za mehke pogonske mehanizme
Robotika iz mehkih materialov, ki jo navdihujejo živi organizmi, je zelo obetavna na področjih, kjer morajo biti roboti v stiku z ljudmi in z njimi sodelovati, kot sta proizvodnja in zdravstvo. Za razliko od togih robotov lahko mehki roboti posnemajo naravno gibanje – grabljenje in manipulacijo – in tako zagotavljajo medicinsko in drugo pomoč, izvajajo občutljiva opravila ali dvigujejo mehke predmete.

Da bi lahko naredili aktuator z visoko deformacijo in visoko napetostjo v kombinaciji z nizko gostoto, je vodilni avtor študije Aslan Miriyev, podoktorski raziskovalec v laboratoriju Creative Machines, uporabil matrico iz silikonske gume, v kateri je bil etanol porazdeljen v mikromehurčkih. Rešitev je združevala elastične lastnosti in lastnosti ekstremnih sprememb prostornine drugih materialnih sistemov, hkrati pa je bila enostavna za izdelavo, poceni in narejena iz okolju varnih materialov.

Ko je bila umetna mišica natisnjena v želeno obliko, je bila električno aktivirana s pomočjo tanke uporovne žice in nizke napetosti (8 V). Preizkušena je bila v različnih robotskih aplikacijah, kjer je pokazala precejšnjo sposobnost raztezanja in krčenja, saj se je pri električnem segrevanju na 80 °C lahko raztezala do 900 %. Avtonomna enota je prek računalniškega nadzora sposobna opravljati naloge gibanja v skoraj vsaki zasnovi.

„Naš mehki funkcionalni material lahko služi kot robustna mehka mišica, kar bi lahko pomenilo revolucijo v današnjem načinu oblikovanja mehkih robotskih rešitev,“ je dejal Mirijev. „Lahko potiska, vleče, upogiba, zvija in dviguje težo. To je umetni material, ki je najbližji naravni mišici.“
Raziskovalci bodo ta razvoj še naprej nadgrajevali in namesto vgrajene žice uporabili prevodne materiale, s čimer bodo pospešili odzivni čas mišice in podaljšali njeno obstojnost. Dolgoročno bodo vključili umetno inteligenco, ki se bo naučila nadzorovati mišico, kar bi lahko bil zadnji mejnik na poti k ponovitvi naravnega gibanja.

Columbia Engineering
Columbia Engineering je ena najboljših inženirskih šol v ZDA in ena najstarejših v državi. Šola s sedežem v New Yorku ponuja programe za dodiplomske in podiplomske študente, ki se odločijo za študij, ki vodi k diplomi dodiplomskega, magistrskega ali doktorskega študija na področju inženirstva in uporabnih znanosti. Devet oddelkov inženirske šole Columbia ponuja 16 glavnih in več kot 30 manjših smeri s področja inženirstva in svobodnih umetnosti, vključno z interdisciplinarno manjšo smerjo podjetništva s poslovno šolo Columbia. Z objekti, ki so posebej zasnovani in opremljeni za laboratorijske in raziskovalne potrebe fakultete in študentov, je Columbia Engineering dom široke palete bazičnih in naprednih raziskovalnih pobud, od Columbia Nano Initiative do Columbia Genome Center. Ti interdisciplinarni centri na področju znanosti in inženirstva, velikih podatkov, nanoznanosti in genomskih raziskav so vodilni na svojih področjih, medtem ko naši inženirji in znanstveniki sodelujejo po vsej univerzi pri reševanju teoretičnih in praktičnih problemov na številnih drugih pomembnih področjih.

Viri:
1: http://engineering.ias-drupal6-test.cc.columbia.edu/
2: https://www.nature.com/articles/s41467-017-00685-3
3: https://www.nature.com/ncomms/

Povzeto po:
https://www.engineering.columbia.edu/about/news/one-step-closer-lifelike-robots

https://www.engineering.columbia.edu

Sorodni članki

Zadnji članki

test2

test1 test2 test3

test

test1 test2 test3

Svet mehatronike 49

Ste se kdaj vprašali, kako lahko žuželke potujejo tako daleč izven svojega gnezda in še vedno najdejo pot? Odgovor na to vprašanje ni pomemben le za biologijo, temveč tudi za izdelavo umetne inteligence za majhne avtonomne robote. Raziskovalce TU Delft, ki se ukvarjajo z droni, so navdihnile biološke ugotovitve o tem, kako mravlje vizualno prepoznavajo svoje okolje in ga kombinirajo s štetjem svojih korakov, da se varno vrnejo domov.

Želite biti na tekočem z najnovejšimi novicami?

Radi bi vas slišali! Prosimo, izpolnite svoje podatke in ostali bomo v stiku. Tako preprosto je!