Dina kamajuan utama dina robotics, robot jeung otot 'lemes' kawas manusa geus hasil dirancang pikeun kahiji kalina. Robot lemes sapertos kitu tiasa janten mujijat pikeun ngarancang robot ramah manusa di hareup.
Robot nyaéta mesin anu tiasa diprogram anu rutin dianggo dina aplikasi industri, contona salaku bagian tina otomatisasi, khususna manufaktur sabab dirancang pikeun janten saé dina tugas anu diulang-ulang anu meryogikeun seueur kakuatan sareng daya. Robot berinteraksi sareng dunya fisik ngalangkungan sensor sareng aktuator di jerona sareng éta tiasa diprogram ulang janten langkung mangpaat sareng fleksibel tibatan mesin fungsi tunggal rutin. Éta jelas tina cara robot ieu dirancang pikeun ngalakukeun padamelan yén gerakanana kaku pisan, sakapeung nyentak, sapertos mesin sareng éta beurat, maksa sareng éta henteu mangpaat nalika tugas khusus meryogikeun jumlah gaya anu variabel dina titik waktos anu béda. Robot ogé kadang bahaya sareng panginten peryogi pager anu aman sabab henteu sénsitip kana lingkunganana. Widang robotika ngajalajah rupa-rupa disiplin pikeun ngarancang, ngawangun, ngaprogram sareng nganggo mesin robot sacara efisien dina rupa-rupa widang industri sareng téknologi médis kalayan sarat anu béda.
Dina panilitian kembar anyar anu dipingpin ku Christoph Keplinger, para panalungtik parantos masang robot kalayan kelas otot anyar anu ampir sami sareng otot manusa urang sareng aranjeunna gaduh kakuatan sareng sensitivitas sapertos urang. Ide utama nyaéta pikeun nyayogikeun gerakan anu langkung " alami " kana mesin nyaéta robot. 99.9 persén sadaya robot ayeuna mangrupikeun mesin kaku anu didamel tina baja atanapi logam, sedengkeun awak biologis lemes tapi gaduh kamampuan anu luar biasa. Robot ieu kalayan otot 'lemes' atanapi 'langkung nyata' tiasa dirancang kalayan cocog pikeun ngalaksanakeun tugas rutin sareng hipu (anu dilakukeun ku otot manusa unggal dinten), contona ngan ukur metik buah lemes atanapi nempatkeun endog kana karanjang. Dibandingkeun sareng robot tradisional, robot anu dipasang ' otot jieunan ' bakal sapertos vérsi 'langkung lemes' tina dirina sareng langkung aman sareng aranjeunna teras tiasa disaluyukeun pikeun ngalaksanakeun ampir tugas naon waé di caket jalma, nunjukkeun sababaraha aplikasi anu mungkin aya hubunganana sareng sareng di sakitar kahirupan manusa. Robot lemes tiasa disebut robot 'kolaboratif', sabab aranjeunna bakal dirancang sacara unik pikeun ngalaksanakeun tugas khusus ku cara anu sami sareng manusa.
Para panalungtik parantos nyobian nyiptakeun robot otot lemes. Robot sapertos kitu peryogi téknologi otot lemes pikeun niru otot manusa sareng dua téknologi sapertos kitu parantos dicobian ku para panalungtik - aktuator pneumatik sareng aktuator elastomer dielektrik. 'Aktuator' dihartikeun salaku alat anu saleresna anu ngagerakkeun robot, atanapi robot nunjukkeun gerakan khusus. Dina aktuator pneumatik, kantong lemes dipompa ku gas atanapi cairan pikeun nyiptakeun gerakan khusus. Ieu desain anu saderhana tapi tetep kuat sanaos pompa henteu praktis sareng aranjeunna gaduh waduk anu ageung. Téknologi anu kadua - aktuator elastomer dielektrik nganggo konsép nerapkeun médan listrik dina plastik fléksibel insulasi pikeun ngarobih bentukna sareng ku kituna nyiptakeun gerakan. Dua téknologi ieu nyalira tacan suksés sabab nalika baut listrik ngaliwat plastik, alat-alat ieu gagal parah sareng ku kituna henteu tahan kana karusakan mékanis.
Robot " sarupa manusa " anu ototna sami
Dina panilitian kembar anu dilaporkeun dina Science 1 sareng Sciences Robotics 2 , para panaliti nyandak aspék positip tina dua téknologi otot lemes anu sayogi sareng nyiptakeun aktuator sapertos otot lemes anu saderhana anu nganggo listrik pikeun ngarobih gerakan cairan di jero kantong alit. Kantong polimér fléksibel ieu ngandung cairan insulasi, contona minyak biasa (minyak nabati atanapi minyak canola) ti supermarket, atanapi cairan anu sami tiasa dianggo. Sakali tegangan diterapkeun antara éléktroda hidrogel anu disimpen di antara dua sisi kantong, sisi-sisina ditarik silih, spasm minyak lumangsung, mereskeun cairan di jerona sareng nyababkeun éta ngalir di jero kantong. Tegangan ieu nyiptakeun kontraksi otot jieunan sareng sakali listrik dipotong, minyak rileks deui, niru relaksasi otot jieunan . Aktuator ngarobih bentuk ku cara kieu, sareng objék anu disambungkeun ka aktuator nunjukkeun gerakan. Ku alatan éta, 'otot jieunan' ieu kontrak sareng ngaleupaskeun (fleksi) langsung dina milidetik ku cara anu sami sareng kalayan presisi sareng kakuatan anu sami sareng otot rangka manusa anu nyata. Gerakan-gerakan ieu malah tiasa ngéléhkeun kecepatan réaksi otot manusa sabab otot manusa sacara babarengan komunikasi sareng uteuk nyababkeun reureuh, sanaos teu katingali. Ku alatan éta, ngaliwatan desain ieu, sistem cairan kahontal anu gaduh kontrol listrik langsung anu nunjukkeun versatility sareng kinerja anu luhur.
Dina panilitian munggaran 1 dina Élmu Pengetahuan , aktuator dirancang dina bentuk donat sareng aranjeunna gaduh kamampuan sareng ketangkasan pikeun ngangkat sareng nahan raspberry ngalangkungan gripper robot (sareng henteu ngabeledugkeun buah!). Karusakan anu mungkin dilakukeun ku baut listrik nalika dialirkeun kana cairan insulasi (masalah utama sareng aktuator anu dirancang sateuacanna) ogé diurus dina desain ayeuna sareng karusakan listrik naon waé diubaran sorangan atanapi diropéa langsung ku aliran cairan anyar kana bagian 'rusak' ngalangkungan prosés distribusi ulang anu saderhana. Ieu disababkeun ku panggunaan bahan cair, anu langkung tahan banting, tinimbang lapisan insulasi padet anu dianggo dina seueur desain sateuacana sareng anu langsung ruksak. Dina prosés ieu otot jieunan salamet langkung ti sajuta siklus kontraksi. Aktuator khusus ieu, anu bentukna donat, gampang metik raspberry. Nya kitu, ku cara nyaluyukeun bentuk kantong elastis ieu, para panaliti nyiptakeun rupa-rupa aktuator kalayan gerakan anu unik, contona bahkan ngangkat endog anu rapuh kalayan presisi sareng gaya anu diperyogikeun. Otot-otot fléksibel ieu disebut aktuator "Hydraulically-amplified Self-healing Electrostatic", atanapi aktuator HASEL. Dina panilitian kadua anu diterbitkeun dina Science Robotics , tim anu sami salajengna nyiptakeun dua desain otot lemes anu sanés anu kontraksi sacara linier, mirip pisan sareng bisep manusa, sahingga gaduh kamampuan pikeun ngangkat objék anu langkung beurat tibatan beuratna sorangan sacara berulang-ulang.
A Pamadegan umum nyaéta yén saprak robot téh mesin jadi maranéhanana pasti kudu boga kaunggulan leuwih manusa, tapi, lamun datang ka abilities pikaheraneun afforded ka urang ku otot urang, urang ngan saukur bisa disebutkeun yen robot bulak di ngabandingkeun. Otot manusa pisan kuat sarta otak urang boga jumlah rongkah kontrol kana otot urang. Ieu mangrupikeun alesan otot manusa sanggup ngalaksanakeun tugas anu rumit kalayan presisi sapertos nyerat. Otot urang sababaraha kali keuna sareng santai nalika ngalakukeun tugas anu beurat sareng nyarios yén urang saleresna ngan ukur nganggo kamampuan 65 persén otot urang sareng wates ieu biasana diatur ku pamikiran urang. Upami urang tiasa ngabayangkeun robot anu ngagaduhan otot lemes sapertos manusa, kakuatan sareng kamampuan bakal ageung pisan. Panaliti ieu ditingali salaku léngkah munggaran pikeun ngembangkeun aktuator anu tiasa hiji dinten tiasa ngahontal kamampuan anu ageung tina otot biologis anu nyata.
Robotics 'lemes' éféktif
Panulis nyarios yén bahan sapertos kantong polimér chip kentang, minyak sareng éléktroda ogé murah sareng sayogi ngan ukur 0.9 USD (atanapi 10 sén). Ieu nyorong pikeun unit manufaktur industri ayeuna sareng pikeun panaliti pikeun ngamajukeun kaahlianana. Bahan anu béaya rendah tiasa skala sareng cocog sareng prakték industri ayeuna sareng alat sapertos kitu tiasa dianggo pikeun sababaraha aplikasi sapertos alat prostétik, atanapi salaku pendamping manusa. Ieu mangrupikeun aspék anu pikaresepeun, sabab istilah robotics sok disaruakeun sareng biaya anu luhur. A aral pakait sareng otot jieunan sapertos nyaeta jumlah tinggi listrik diperlukeun pikeun operasi sarta aya ogé Chances ngaduruk lamun robot cadangan teuing kakuatan na. Robot lemes jauh leuwih hipu ti counterparts robot tradisional maranéhanana nyieun desain maranéhanana leuwih nangtang, contona kamungkinan puncturing, leungit kakuatan jeung spilling minyak. Robot lemes ieu pasti peryogi sababaraha aspék penyembuhan diri, sapertos seueur robot lemes anu parantos dilakukeun.
Robot lemes anu efisien sareng kuat tiasa mangpaat pisan dina kahirupan manusa sabab tiasa ngalengkepan manusa sareng damel sareng aranjeunna sapertos robot "kolaboratif" tinimbang robot anu ngagantikeun manusa. Ogé, leungeun prosthetic tradisional bisa jadi leuwih lemes, pikaresepeun tur sénsitip. Panaliti ieu ngajangjikeun sareng upami paménta kakuatan anu luhur tiasa diatasi, éta berpotensi ngarobih masa depan robot dina hal desain sareng kumaha aranjeunna ngalih.
***
Sumber (s)
1. Acome et al. 2018. Aktuator éléktrostatik anu tiasa nyageurkeun diri sacara hidrolik kalayan kinerja sapertos otot. Élmu. 359(6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris et al. 2018. Aktuator Peano-HASEL: Transduser éléktrohidrolik mimetik otot anu kontraksi linier nalika aktivasi. Science Robotics . 3(14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
***
