Katika maendeleo makubwa ya robotiki, roboti yenye misuli 'laini' kama ya binadamu imeundwa kwa mafanikio kwa mara ya kwanza. Roboti kama hizo laini zinaweza kuwa faida katika kuunda roboti rafiki kwa wanadamu katika siku zijazo.
Roboti ni mashine zinazoweza kuratibiwa ambazo hutumiwa mara kwa mara katika matumizi ya viwandani, kwa mfano kama sehemu ya uundaji otomatiki, haswa utengenezaji kwa sababu zimeundwa kuwa bora katika kazi zinazorudiwa ambazo zinahitaji nguvu na nguvu nyingi. Roboti huingiliana na ulimwengu wa kimwili kupitia vitambuzi na viamilisho ndani yake na zinaweza kupangwa upya na kuzifanya ziwe muhimu zaidi na rahisi kuliko mashine za kawaida zinazofanya kazi moja. Ni dhahiri kutokana na jinsi roboti hizi zilivyoundwa kufanya kazi hiyo kwamba mwendo wao ni mgumu sana, wakati mwingine ni wa kusuasua, unaofanana na mashine na ni mzito, wa kulazimisha na sio muhimu wakati kazi fulani inahitaji viwango tofauti vya nguvu kwa wakati tofauti. pointi. Roboti pia wakati mwingine ni hatari na zinaweza kuhitaji zuio salama kwa kuwa hazijali mazingira yao. Uga wa roboti unachunguza taaluma mbalimbali za kubuni, kujenga, kupanga na kutumia kwa ufanisi mashine za roboti katika maeneo mbalimbali ya tasnia na teknolojia ya matibabu yenye mahitaji tofauti.
Katika tafiti pacha za hivi majuzi zilizoongozwa na Christoph Keplinger, watafiti wameweka roboti zinazofaa zenye aina mpya ya misuli ambazo zinafanana sana na misuli yetu ya binadamu na zina uwezo na usikivu wa mradi kama sisi. Wazo kuu ni kutoa mienendo zaidi ya "asili" kwa mashine yaani roboti. Asilimia 99.9 ya roboti zote leo ni mashine ngumu zilizotengenezwa kwa chuma au chuma, ilhali mwili wa kibayolojia ni laini lakini una uwezo wa ajabu. Roboti hizi zenye misuli 'laini' au 'halisi zaidi' zinaweza kuundwa ipasavyo kufanya kazi za kawaida na maridadi (ambazo misuli ya binadamu hufanya kila siku), kwa mfano tu kuokota tunda laini au kuweka yai ndani ya kikapu. Ikilinganishwa na roboti za kitamaduni, roboti zilizowekwa 'misuli ya bandia' zitakuwa kama matoleo 'laini' yake zenyewe na salama zaidi na kisha zinaweza kubinafsishwa ili kutekeleza takriban kazi yoyote katika ukaribu wa watu, na kupendekeza matumizi kadhaa yanayowezekana yanayohusiana na maisha ya binadamu. Roboti laini zinaweza kujulikana kama roboti 'zinazoshirikiana', kwa kuwa zitaundwa kwa njia ya kipekee ili kutekeleza kazi fulani kwa njia inayofanana sana na binadamu.
Watafiti wamekuwa wakijaribu kuunda roboti za misuli laini. Roboti kama hiyo itahitaji laini misuli teknolojia ya kuiga misuli ya binadamu na teknolojia mbili kama hizo zimejaribiwa na watafiti - waendeshaji wa nyumatiki na watendaji wa dielectric elastomer. 'Actuator' inafafanuliwa kama kifaa halisi kinachosogeza roboti, au roboti inaonyesha msogeo fulani. Katika vianzishaji vya nyumatiki, mfuko laini husukumwa na gesi au maji ili kuunda harakati fulani. Huu ni muundo rahisi lakini bado una nguvu ingawa pampu hazitumiki na zina hifadhi kubwa. Teknolojia ya pili - watendaji wa dielectric elastomer hutumia dhana ya kutumia uwanja wa umeme kwenye plastiki inayoweza kuhamishika ya kuhami ili kuiharibu na hivyo kuunda harakati. Teknolojia hizi mbili zenyewe bado hazijafanikiwa kwa sababu bolt ya umeme inapopita kwenye plastiki, vifaa hivi hushindwa vibaya na hivyo haviwezi kuhimili uharibifu wa mitambo.
Roboti zaidi "za binadamu" zilizo na misuli inayofanana
Katika tafiti pacha zilizoripotiwa katika Bilim1 na Roboti za Sayansi2, watafiti walichukua vipengele vyema vya teknolojia mbili za misuli laini zinazopatikana na kuunda kiwezeshaji laini-kama misuli ambacho kinatumia umeme kubadilisha mwendo wa vimiminika ndani ya pochi ndogo. Mifuko hii ya polima inayonyumbulika ina kioevu cha kuhami joto, kwa mfano mafuta ya kawaida (mafuta ya mboga au mafuta ya kanola) kutoka kwa maduka makubwa, au kioevu chochote sawa kinaweza kutumika. Mara tu voltage ilipotumiwa kati ya electrodes ya hidrojeni iliyowekwa kati ya pande mbili za pochi, pande zote zilitolewa kwa kila mmoja, spasm ya mafuta hufanyika, kufinya kioevu ndani yake na kusababisha kuzunguka ndani ya mfuko. Mvutano huu husababisha kusinyaa kwa misuli bandia na mara umeme unapokatika, mafuta hulegea tena, kuiga bandia kupumzika kwa misuli. Kitendaji hubadilisha sura kwa njia hii, na kitu ambacho kimeunganishwa na kitendaji kinaonyesha harakati. Kwa hivyo, 'misuli hii ya bandia' hujibana na kuachilia (kujipinda) papo hapo katika milisekunde kwa njia sawa na kwa usahihi na nguvu sawa ya misuli halisi ya mifupa ya binadamu. Misogeo hii inaweza hata kushinda kasi ya miitikio ya misuli ya binadamu kwa sababu misuli ya binadamu kwa wakati mmoja huwasiliana na ubongo na kusababisha kuchelewa, ingawa haionekani. Kwa hiyo, kupitia muundo huu, mfumo wa maji ulipatikana ambao ulikuwa na udhibiti wa moja kwa moja wa umeme unaoonyesha ustadi na utendaji wa juu.
Katika utafiti wa kwanza1 in Bilim, viigizaji viliundwa kwa umbo la donati na vilikuwa na uwezo na ustadi wa kuokota na kushikilia raspberry kupitia kishikio cha roboti (na sio kulipuka matunda!). Uharibifu unaowezekana ambao ulifanywa na bolt ya umeme wakati unapitishwa kupitia kioevu cha kuhami joto (suala kubwa na viboreshaji vilivyoundwa hapo awali) pia ulitunzwa katika muundo wa sasa na uharibifu wowote wa umeme ulijiponya au kurekebishwa mara moja na mpya tu. mtiririko wa kioevu kwenye sehemu 'iliyoharibiwa' kupitia mchakato rahisi wa ugawaji upya. Hii ilitokana na matumizi ya nyenzo za kioevu, ambazo ni imara zaidi, badala ya safu ya kuhami imara iliyotumiwa katika miundo mingi ya awali na ambayo iliharibiwa mara moja. Katika mchakato huu misuli ya bandia ilinusurika zaidi ya mizunguko ya kubana milioni moja. Kitendaji hiki mahususi, kikiwa na umbo la donati kiliweza kuchuma raspberry kwa urahisi. Vile vile, kwa kurekebisha umbo la mifuko hii ya elastic, watafiti waliunda aina mbalimbali za actuator na harakati za kipekee, kwa mfano hata kuokota yai dhaifu kwa usahihi na nguvu halisi inayohitajika. Misuli hii inayoweza kunyumbulika imeitwa vitendaji vya "Hydraulically-amplified Self- Healing Electrostatic", au vitendaji vya HASEL. Katika utafiti wa pili.2 kuchapishwa katika Sayansi za Robotiki,timu hiyohiyo iliunda miundo mingine miwili ya misuli laini ambayo hukaa kimstari, sawa na bicep ya binadamu, hivyo kuwa na uwezo wa kurudia kunyanyua vitu vizito kuliko uzani wao wenyewe.
A Maoni ya jumla ni kwamba kwa kuwa roboti ni mashine kwa hivyo lazima ziwe na makali zaidi ya wanadamu, lakini, inapokuja kwa uwezo wa kushangaza tunaopewa na misuli yetu, mtu anaweza kusema kwa urahisi kwamba roboti ni nyepesi kwa kulinganisha. Misuli ya mwanadamu ina nguvu sana na ubongo wetu una kiasi cha ajabu cha udhibiti juu ya misuli yetu. Hii ndiyo sababu misuli ya binadamu ina uwezo wa kufanya kazi ngumu kwa usahihi mfano kuandika. Misuli yetu hulegea mara kwa mara na kupumzika tunapofanya kazi nzito na inasemekana kwamba kwa kweli tunatumia tu uwezo wa asilimia 65 ya misuli yetu na kikomo hiki huwekwa hasa na mawazo yetu. Ikiwa tunaweza kufikiria roboti ambayo ina misuli laini kama ya mwanadamu, nguvu na uwezo ungekuwa mkubwa. Masomo haya yanaonekana kama hatua ya kwanza ya kuunda kiwezeshaji ambacho siku moja kinaweza kufikia uwezo mkubwa wa misuli halisi ya kibaolojia.
Roboti 'laini' za gharama nafuu
Waandishi wanasema kuwa vifaa kama vile mifuko ya polima ya viazi-chips, mafuta na hata elektroni ni za bei nafuu na zinapatikana kwa urahisi kuchukua gharama ya USD 0.9 tu (au senti 10). Hili ni jambo la kutia moyo kwa vitengo vya sasa vya utengenezaji wa viwanda na kwa watafiti kuendeleza utaalam wao. Nyenzo ambazo ni za bei ya chini zinaweza kuongezeka na zinaendana na kanuni za sasa za tasnia na vifaa kama hivyo vinaweza kutumika kwa matumizi kadhaa kama vile vifaa vya bandia, au kama swahiba wa binadamu. Hiki ni kipengele cha kuvutia hasa, kwani neno robotiki daima linalinganishwa na gharama kubwa. Upungufu unaohusishwa na misuli hiyo ya bandia ni kiwango cha juu cha umeme kinachohitajika kwa uendeshaji wake na pia kuna uwezekano wa kuungua ikiwa roboti itahifadhi nguvu zake nyingi. Roboti laini ni nyeti zaidi kuliko roboti wenzao wa kitamaduni hufanya muundo wao kuwa na changamoto zaidi, kwa mfano uwezekano wa kutoboa, kupoteza nguvu na kumwaga mafuta. Roboti hizi laini hakika zinahitaji aina fulani ya kipengele cha kujiponya, kama vile roboti nyingi laini tayari hufanya.
Roboti laini zenye ufanisi na thabiti zinaweza kuwa muhimu sana katika maisha ya binadamu kwa vile zinaweza kuwakamilisha wanadamu na kufanya kazi nao kama vile roboti "zinazoshirikiana" badala ya roboti zinazochukua nafasi ya wanadamu. Pia, mikono ya jadi ya bandia inaweza kuwa laini zaidi, ya kupendeza na nyeti. Masomo haya yanaleta matumaini na ikiwa mahitaji makubwa ya nguvu yanaweza kushughulikiwa, ina uwezo wa kuleta mapinduzi ya siku zijazo za roboti kulingana na muundo wao na jinsi zinavyosonga.
***
{Unaweza kusoma karatasi asili ya utafiti kwa kubofya kiungo cha DOI kilichotolewa hapa chini katika orodha ya (vyanzo) vilivyotajwa}
Chanzo (s)
1. Acome et al. 2018. Viwashio vya kielektroniki vya kujiponya vilivyo na utendakazi unaofanana na misuli. Sayansi. 359(6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris et al. 2018. Peano-HASEL actuators: Misuli-mimetic, transducers electrohydraulic kwamba linearly mkataba juu ya kuwezesha. Sayansi za Robotiki. 3 (14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
