หุ่นยนต์สมัยใหม่ทำได้หลายอย่าง แต่ในขณะเดียวกัน พวกมันก็ยังห่างไกลจากความสบายของมนุษย์และการเคลื่อนไหวที่สง่างาม และความผิดก็คือ - กล้ามเนื้อเทียมที่ไม่สมบูรณ์ นักวิทยาศาสตร์จากหลายประเทศกำลังพยายามแก้ปัญหานี้ บทความนี้จะกล่าวถึงภาพรวมคร่าวๆ ของการประดิษฐ์อันน่าทึ่งของพวกเขา
กล้ามเนื้อโพลีเมอร์จากนักวิทยาศาสตร์สิงคโปร์
ก้าวสู่หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์มากขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้โดยนักประดิษฐ์จากมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ ทุกวันนี้ หุ่นยนต์รุ่นเฮฟวี่เวทขับเคลื่อนโดยระบบไฮดรอลิก ข้อเสียที่สำคัญของอย่างหลังคือความเร็วต่ำ กล้ามเนื้อประดิษฐ์สำหรับหุ่นยนต์ที่นำเสนอโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวสิงคโปร์ อนุญาตให้ไซบอร์กไม่เพียงยกของที่หนักกว่าน้ำหนักตัวเองถึง 80 เท่า แต่ยังทำได้อย่างรวดเร็วเหมือนคน
นวัตกรรมการออกแบบที่ยืดออกได้ 5 เท่า ช่วยให้หุ่นยนต์ "เคลื่อนที่" ได้แม้กระทั่งมด ซึ่งขึ้นชื่อว่าสามารถบรรทุกสิ่งของที่หนักกว่าตัวของพวกมันได้ถึง 20 เท่า กล้ามเนื้อโพลีเมอร์มีข้อดีดังต่อไปนี้:
- ความยืดหยุ่น
- จุดแข็ง;
- ความยืดหยุ่น;
- ความสามารถในการเปลี่ยนรูปร่างในไม่กี่วินาที
- ความสามารถในการแปลงพลังงานจลน์เป็นพลังงานไฟฟ้า
อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์จะไม่หยุดเพียงแค่นั้น พวกเขาวางแผนที่จะสร้างกล้ามเนื้อเทียมที่ยอมให้หุ่นยนต์ยกของหนักกว่าตัวเอง 500 เท่า!
ค้นพบจากฮาร์วาร์ด - กล้ามเนื้อจากอิเล็กโทรดและอีลาสโตเมอร์
นักประดิษฐ์ที่ทำงานที่ School of Applied and Engineering Sciences ที่ Harvard University ได้นำเสนอกล้ามเนื้อเทียมแบบใหม่ในเชิงคุณภาพสำหรับสิ่งที่เรียกว่าหุ่นยนต์ "อ่อน" นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าผลิตผลงานของพวกเขาซึ่งประกอบด้วยอีลาสโตเมอร์อ่อนและอิเล็กโทรดซึ่งรวมถึงท่อนาโนคาร์บอนไม่ได้ด้อยกว่าคุณภาพต่อกล้ามเนื้อของมนุษย์!
หุ่นยนต์ทั้งหมดที่มีอยู่ในปัจจุบันนี้ เป็นไปตามระบบขับเคลื่อน ซึ่งมีกลไกแบบไฮโดรลิกหรือนิวแมติกส์ ระบบดังกล่าวขับเคลื่อนโดยอากาศอัดหรือปฏิกิริยาของสารเคมี ทำให้ไม่สามารถสร้างหุ่นยนต์ที่นิ่มและเร็วเหมือนมนุษย์ได้ นักวิทยาศาสตร์ของฮาร์วาร์ดขจัดข้อบกพร่องนี้ด้วยการสร้างแนวคิดใหม่เชิงคุณภาพเกี่ยวกับกล้ามเนื้อเทียมสำหรับหุ่นยนต์
"กล้ามเนื้อ" ของไซบอร์กตัวใหม่เป็นโครงสร้างหลายชั้นซึ่งอิเล็กโทรดนาโนทิวบ์ที่สร้างขึ้นในห้องทดลองของคลาร์กควบคุมชั้นบนและล่างของอีลาสโตเมอร์ที่ยืดหยุ่นได้ ซึ่งเป็นผลงานของนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย กล้ามขนาดนี้เหมาะสำหรับทั้งหุ่นยนต์ "นิ่ม" และเครื่องมือส่องกล้องในการผ่าตัด
นักวิทยาศาสตร์ของฮาร์วาร์ดไม่ได้หยุดอยู่แค่สิ่งประดิษฐ์ที่ยอดเยี่ยมนี้ หนึ่งในการพัฒนาล่าสุดของพวกเขาคือไบโอโรบอทกระเบน ส่วนประกอบของมันคือ เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจหนู ทองคำ และซิลิโคน
การประดิษฐ์ของกลุ่ม Bauchmann: กล้ามเนื้อเทียมอีกประเภทหนึ่งจากท่อนาโนคาร์บอน
ย้อนกลับไปในปี 1999 ในเมือง Kirchberg ของออสเตรเลียในการประชุมครั้งที่ 13 ของ International Winter School on the Electronic Properties of Innovative Materials นักวิทยาศาสตร์ Ray Bauchman ซึ่งทำงานที่ Allied Signal และเป็นหัวหน้ากลุ่มวิจัยระดับนานาชาติ การนำเสนอ. โพสต์ของเขาเกี่ยวกับการสร้างกล้ามเนื้อเทียม
นักพัฒนาที่นำโดย Ray Bauchman สามารถจินตนาการถึงท่อนาโนคาร์บอนในรูปแบบของแผ่นกระดาษนาโน หลอดในการประดิษฐ์นี้พันกันและผสมเข้าด้วยกันในทุกวิถีทางที่เป็นไปได้ กระดาษนาโนนี้มีลักษณะคล้ายกระดาษธรรมดา โดยสามารถถือได้ด้วยมือ หั่นเป็นเส้นเป็นชิ้นๆ
การทดลองของกลุ่มมีลักษณะที่เรียบง่ายมาก - นักวิทยาศาสตร์ติดกระดาษนาโนไว้ที่ด้านต่างๆ ของเทปกาว และลดโครงสร้างนี้ลงในสารละลายที่นำไฟฟ้าที่มีรสเค็ม หลังจากเปิดแบตเตอรี่แรงดันต่ำ นาโนสตริปทั้งสองจะยืดออก โดยเฉพาะอย่างยิ่งขั้วที่เชื่อมต่อกับขั้วลบของแบตเตอรี่ไฟฟ้า แล้วกระดาษก็ม้วนขึ้น หุ่นจำลองทำงาน
บาห์มันเองเชื่อว่าสิ่งประดิษฐ์ของเขาหลังจากการปรับปรุงคุณภาพให้ทันสมัยจะเปลี่ยนแปลงวิทยาการหุ่นยนต์ได้อย่างมาก เพราะกล้ามเนื้อคาร์บอนดังกล่าว เมื่องอ/ยืดออก จะสร้างศักย์ไฟฟ้า - พวกมันจะผลิตพลังงาน นอกจากนี้ กล้ามเนื้อดังกล่าวมีความแข็งแรงมากกว่ามนุษย์ถึงสามเท่า สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงและต่ำมาก โดยใช้กระแสไฟต่ำและแรงดันไฟในการทำงาน มันค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะใช้สำหรับเทียมของกล้ามเนื้อมนุษย์
มหาวิทยาลัยเท็กซัส: กล้ามเนื้อเทียมจากสายเบ็ดและด้ายเย็บผ้า
ผลงานที่โดดเด่นที่สุดคือผลงานของทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเท็กซัส ซึ่งตั้งอยู่ในเมืองดัลลาส เธอได้รับแบบจำลองของกล้ามเนื้อเทียมในความแข็งแกร่งและพลังที่ชวนให้นึกถึงเครื่องยนต์ไอพ่น - 7.1 hp / kg! กล้ามเนื้อดังกล่าวแข็งแรงและมีประสิทธิผลมากกว่ามนุษย์หลายร้อยเท่า แต่สิ่งที่น่าทึ่งที่สุดคือพวกมันถูกสร้างขึ้นจากวัสดุดั้งเดิม - สายเบ็ดโพลีเมอร์ความแข็งแรงสูงและด้ายเย็บผ้า
โภชนาการของกล้ามเนื้อดังกล่าวมีความแตกต่างของอุณหภูมิ มีให้โดยด้ายเย็บผ้าเคลือบด้วยโลหะบางๆ อย่างไรก็ตาม ในอนาคต กล้ามเนื้อของหุ่นยนต์อาจได้รับพลังงานจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของสภาพแวดล้อม อย่างไรก็ตาม คุณสมบัตินี้อาจใช้กับเสื้อผ้าที่ปรับสภาพอากาศและอุปกรณ์อื่นๆ ที่คล้ายคลึงกันได้
ถ้าบิดโพลีเมอร์ในทิศทางเดียว มันจะหดตัวอย่างรวดเร็วเมื่อถูกความร้อนและยืดตัวได้เร็วเมื่อเย็นลง และหากบิดไปในทิศทางตรงกันข้าม มันจะตรงกันข้ามโดยสิ้นเชิง การออกแบบที่เรียบง่ายเช่นนี้สามารถหมุนโรเตอร์โดยรวมด้วยความเร็ว 10,000 รอบ / นาที แถมแบบนี้กล้ามเนื้อเทียมจากสายเบ็ดสามารถหดตัวได้ถึง 50% ของความยาวเดิม (มนุษย์เพียง 20%) นอกจากนี้ พวกเขายังโดดเด่นด้วยความอดทนที่น่าทึ่ง - กล้ามเนื้อนี้ไม่ "เหนื่อย" แม้หลังจากการกระทำนับล้านซ้ำ!
จากเท็กซัสถึงอามูร์
การค้นพบนักวิทยาศาสตร์จากดัลลาสได้สร้างแรงบันดาลใจให้นักวิทยาศาสตร์มากมายจากทั่วโลก อย่างไรก็ตาม มีหุ่นยนต์เพียงคนเดียวที่สามารถทำซ้ำประสบการณ์ของพวกเขาได้สำเร็จ - Alexander Nikolaevich Semochkin หัวหน้าห้องปฏิบัติการเทคโนโลยีสารสนเทศที่มหาวิทยาลัยการสอนแห่งรัฐเบลารุส
ในตอนแรก นักประดิษฐ์อดทนรอบทความใหม่ในหัวข้อ Science เกี่ยวกับการนำการประดิษฐ์ของเพื่อนร่วมงานชาวอเมริกันไปใช้ในวงกว้าง เนื่องจากสิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้น นักวิทยาศาสตร์ของอามูร์จึงตัดสินใจร่วมกับคนที่มีความคิดเหมือนๆ กันเพื่อทำซ้ำประสบการณ์ที่ยอดเยี่ยมและสร้างกล้ามเนื้อเทียมจากลวดทองแดงและสายเบ็ดด้วยมือของพวกเขาเอง แต่อนิจจาสำเนาไม่สามารถใช้งานได้
แรงบันดาลใจจากสโกลโคโว
หวนกลับไปสู่การทดลองที่เกือบถูกละทิ้ง Alexander Semochkin ถูกบังเอิญโดยบังเอิญ นักวิทยาศาสตร์ได้ไปประชุมเกี่ยวกับวิทยาการหุ่นยนต์ที่ Skolkovo ซึ่งเขาได้พบกับบุคคลที่มีความคิดเหมือนๆ กันจาก Zelenograd หัวหน้าบริษัท Neurobotics ปรากฏว่าวิศวกรของบริษัทนี้ก็กำลังยุ่งอยู่กับการสร้างกล้ามเนื้อจากสายเบ็ดซึ่งค่อนข้างใช้ได้
เมื่อกลับภูมิลำเนาของเขา Alexander Nikolaevich เริ่มทำงานอย่างกระฉับกระเฉง ในหนึ่งเดือนครึ่ง เขาไม่เพียงแต่สามารถประกอบกล้ามเนื้อเทียมที่ใช้งานได้เท่านั้น แต่ยังสร้างเครื่องจักรสำหรับบิดมันซึ่งทำเป็นเส้นเอ็นทำซ้ำอย่างเคร่งครัด
ประกาศกล้ามเนื้อเทียม
ในการสร้างกล้ามเนื้อขนาด 5 ซม. A. N. Semochkin ต้องใช้ลวดหลายเมตรและสายเบ็ดธรรมดา 20 ซม. เครื่อง "ผลิต" กล้ามเนื้อจากการพิมพ์ 3 มิติจะบิดกล้ามเนื้อใน 10 นาที จากนั้นนำโครงสร้างไปวางในเตาอบที่ร้อนถึง +180 องศาเซลเซียสเป็นเวลาครึ่งชั่วโมง
คุณสามารถกระตุ้นกล้ามเนื้อดังกล่าวด้วยความช่วยเหลือของกระแสไฟฟ้า - เพียงแค่เชื่อมต่อแหล่งที่มาของมันกับสายไฟ เป็นผลให้มันเริ่มร้อนขึ้นและถ่ายเทความร้อนไปยังสายการประมง หลังยืดหรือหด - ขึ้นอยู่กับประเภทของกล้ามเนื้อที่อุปกรณ์บิด
แผนของนักประดิษฐ์
โครงการใหม่ของ Alexander Semochkin คือการ "สอน" กล้ามเนื้อที่สร้างขึ้นเพื่อให้กลับสู่สภาพเดิมได้เร็วขึ้น สิ่งนี้สามารถช่วยได้โดยการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วของสายไฟ - นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่ากระบวนการดังกล่าวจะเกิดขึ้นใต้น้ำเร็วขึ้น หลังจากได้รับกล้ามเนื้อดังกล่าวแล้ว Iskanderus หุ่นยนต์มานุษยวิทยาของมหาวิทยาลัยการสอนแห่งรัฐเบลารุสจะกลายเป็นเจ้าของคนแรก
นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้เก็บความลับในการประดิษฐ์ของเขา - เขาโพสต์วิดีโอบน YouTube และยังมีแผนที่จะเขียนบทความพร้อมคำแนะนำโดยละเอียดสำหรับการสร้างเครื่องจักรที่บิดกล้ามเนื้อจากสายเบ็ดและลวด
เวลาไม่หยุดนิ่ง - กล้ามเนื้อเทียมที่เราบอกคุณได้ถูกนำมาใช้ในการผ่าตัดเอ็นโด- และการผ่าตัดผ่านกล้อง และในห้องปฏิบัติการ "ดิสนีย์" ที่มีส่วนร่วมพวกเขาประกอบมือที่ใช้งานได้
