Робот техникийн томоохон дэвшлийн хүрээнд хүнтэй төстэй "зөөлөн" булчинтай роботыг анх удаа амжилттай зохион бүтээжээ. Ийм зөөлөн роботууд нь ирээдүйд хүн төрөлхтөнд ээлтэй робот зохион бүтээхэд ашигтай байж болох юм.
Роботууд нь үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд, жишээлбэл автоматжуулалтын нэг хэсэг болгон, ялангуяа үйлдвэрлэлд байнга ашиглагддаг програмчлагдах боломжтой машинууд бөгөөд учир нь тэдгээр нь маш их хүч чадал, хүч шаарддаг давтагдах ажлуудад сайн байхаар бүтээгдсэн байдаг. роботууд Мэдрэгч болон идэвхжүүлэгчээр дамжуулан физик ертөнцтэй харьцдаг бөгөөд тэдгээрийг дахин програмчлах боломжтой тул ердийн нэг функцтэй машинуудаас илүү ашигтай, уян хатан болгодог. Эдгээр роботууд нь ажлыг гүйцэтгэхэд зориулж бүтээгдсэнээс харахад тэдний хөдөлгөөн нь маш хатуу, заримдаа хазайлттай, машин шиг, хүнд, хүч чадалтай байдаг бөгөөд тодорхой ажил өөр өөр цаг үед хувьсах хүч шаардагддаг бол тэдгээр нь ашиггүй байдаг. оноо. Роботууд нь заримдаа аюултай байдаг бөгөөд хүрээлэн буй орчинд мэдрэмтгий байдаггүй тул хамгаалалтын хашаа хэрэгтэй байж болно. Робот техникийн салбар нь өөр өөр шаардлага бүхий аж үйлдвэр, эмнэлгийн технологийн янз бүрийн салбарт робот машиныг зохион бүтээх, бүтээх, програмчлах, үр ашигтай ашиглах төрөл бүрийн салбаруудыг судалж байна.
Кристоф Кеплингерээр ахлуулсан саяхны ихрүүдийн судалгаагаар судлаачид бидний хүний булчинтай маш төстэй, бидний адил хүч чадал, мэдрэмтгий чанарыг эзэмшдэг, шинэ төрлийн булчинтай роботуудыг бүтээжээ. Гол санаа нь илүү ихийг өгөх явдал юм "байгалийн” машин руу шилжих хөдөлгөөн, өөрөөр хэлбэл роботууд. Өнөөдөр нийт роботуудын 99.9 хувь нь ган эсвэл металлаар хийсэн хатуу машин байдаг бол биологийн бие нь зөөлөн боловч гайхалтай чадвартай байдаг. "Зөөлөн" эсвэл "илүү бодит" булчинтай эдгээр роботууд нь энгийн бөгөөд нарийн (хүний булчингууд өдөр бүр хийдэг) ажлуудыг гүйцэтгэхэд тохиромжтой бөгөөд жишээлбэл, зүгээр л зөөлөн жимс түүж, сагсанд өндөг хийх боломжтой. Уламжлалт роботтой харьцуулахад роботууд 'хиймэл булчингууд' нь өөрсдийнхөө "илүү зөөлөн" хувилбарууд шиг, илүү аюулгүй байх ба хүмүүсийн ойр орчмын бараг бүх ажлыг гүйцэтгэхээр тохируулж, хүний амьдрал болон түүний эргэн тойронд хэд хэдэн боломжит програмуудыг санал болгож болно. Зөөлөн роботуудыг "хамтран ажилладаг" роботууд гэж нэрлэж болно, учир нь тэдгээр нь хүнтэй маш төстэй байдлаар тодорхой ажлыг гүйцэтгэх өвөрмөц байдлаар бүтээгдэх болно.
Судлаачид зөөлөн булчингийн робот бүтээхийг хичээсээр ирсэн. Ийм робот нь зөөлөн байх шаардлагатай булчин Хүний булчинг дуурайх технологи ба ийм хоёр технологийг судлаачид туршиж үзсэн - пневматик идэвхжүүлэгч ба диэлектрик эластомер идэвхжүүлэгч. "Хөдөлгөөнт төхөөрөмж" нь роботыг хөдөлгөдөг эсвэл робот тодорхой хөдөлгөөнийг харуулдаг бодит төхөөрөмж гэж тодорхойлогддог. Пневматик хөдөлгүүрт зөөлөн уутыг хий эсвэл шингэнээр шахаж, тодорхой хөдөлгөөн үүсгэдэг. Энэ нь энгийн загвар боловч шахуургууд нь практик биш, том усан сантай боловч хүчирхэг хэвээр байна. Хоёрдахь технологи болох диэлектрик эластомер идэвхжүүлэгч нь тусгаарлагч уян хуванцар дээр цахилгаан талбарыг нэвтрүүлж, хэв гажилтыг бий болгож, улмаар хөдөлгөөнийг бий болгодог. Эдгээр хоёр технологи нь бие даасан хараахан амжилтанд хүрч чадаагүй байна, учир нь цахилгааны боолт хуванцараар дамжин өнгөрөхөд эдгээр төхөөрөмжүүд нь маш их эвдэрч, механик гэмтэлд тэсвэртэй байдаггүй.
Илүү "хүний шиг” ижил төстэй булчинтай роботууд
-д мэдээлсэн ихрүүдийн судалгаанд Шинжлэх ухаан1 болон Шинжлэх ухаан Robotics2Судлаачид зөөлөн булчингийн боломжит хоёр технологийн эерэг талуудыг авч үзэн, жижиг уутны доторх шингэний хөдөлгөөнийг өөрчлөхөд цахилгаан ашигладаг зөөлөн булчин шиг энгийн идэвхжүүлэгч бүтээжээ. Эдгээр уян хатан полимер уут нь тусгаарлагч шингэн агуулсан, жишээ нь супермаркетаас авдаг ердийн тос (ургамлын тос эсвэл канола тос) эсвэл ижил төстэй шингэнийг ашиглаж болно. Уутны хоёр хажуугийн хооронд байрлуулсан гидрогелийн электродуудын хооронд хүчдэлийг хэрэглэсний дараа талууд нь бие биендээ татагдаж, тос спазм үүсч, доторх шингэнийг шахаж, уутны дотор урсахад хүргэдэг. Энэхүү хурцадмал байдал нь булчингийн хиймэл агшилтыг үүсгэдэг бөгөөд цахилгаан тасарсны дараа тос дахин суларч, булчинг дуурайдаг. хиймэл булчин сулрах. Ийм байдлаар идэвхжүүлэгч хэлбэрээ өөрчилдөг ба идэвхжүүлэгчтэй холбогдсон объект нь хөдөлгөөнийг харуулдаг. Иймээс энэхүү "хиймэл булчин" нь хүний жинхэнэ араг ясны булчинтай ижил аргаар, яг ижил нарийвчлал, хүчээр миллисекундэд агшин зуур агшиж, сулладаг. Хүний булчингууд тархитай зэрэгцэн холбогдож, анзаарагдахгүй ч саатал үүсгэдэг тул эдгээр хөдөлгөөн нь хүний булчингийн урвалын хурдыг ч гүйцэж чаддаг. Тиймээс энэхүү дизайны тусламжтайгаар олон талт байдал, өндөр гүйцэтгэлийг харуулсан шууд цахилгаан удирдлагатай шингэний системийг бий болгосон.
Эхний судалгаанд1 in Шинжлэх ухаан, идэвхжүүлэгч нь пончик хэлбэртэй байсан бөгөөд робот атгагчаар бөөрөлзгөнө түүж, барих чадвар, ур чадвартай байсан (мөн жимс нь тэсрэлтгүй!). Тусгаарлагч шингэнээр дамжих үед цахилгааны боолтны улмаас үүсч болзошгүй эвдрэлийг (өмнө нь зохион бүтээсэн идэвхжүүлэгчийн гол асуудал) одоогийн загварт анхаарч үзсэн бөгөөд цахилгааны гэмтэл нь өөрөө эдгэрч эсвэл дөнгөж шинэ төхөөрөмжөөр шууд засварлагдсан. дахин хуваарилах энгийн үйл явцаар дамжуулан "гэмтсэн" хэсэг рүү шингэний урсгал. Энэ нь өмнөх олон загварт хэрэглэж байсан, тэр дороо гэмтсэн хатуу тусгаарлагч давхаргын оронд илүү уян хатан шингэн материал ашигласантай холбоотой юм. Энэ үйл явцад хиймэл булчин нь сая гаруй агшилтын мөчлөгийг даван туулж чадсан. Энэхүү тусгай идэвхжүүлэгч нь пончик хэлбэртэй тул бөөрөлзгөнө амархан түүж чаддаг байв. Үүний нэгэн адилаар эдгээр уян уутны хэлбэрийг тохируулснаар судлаачид өвөрмөц хөдөлгөөнтэй, жишээлбэл, эмзэг өндөгийг нарийн, шаардлагатай хүчээр авах боломжтой өргөн хүрээний идэвхжүүлэгчийг бүтээжээ. Эдгээр уян булчингуудыг "Гидравлик хүчитгэсэн өөрөө эдгээдэг цахилгаан статик" идэвхжүүлэгч буюу HASEL идэвхжүүлэгч гэж нэрлэдэг. Хоёр дахь судалгаагаар2 нийтлэгдсэн Шинжлэх ухаан робот,ижил баг цаашлаад хүний хоёр булчинтай маш төстэй шугаман агшилттай өөр хоёр зөөлөн булчингийн загварыг бүтээсэн бөгөөд ингэснээр өөрийн жингээс илүү хүнд зүйлийг дахин дахин өргөх чадвартай.
Робот бол машин учраас хүнээс илүү давуу талтай байх ёстой гэсэн ерөнхий ойлголт байдаг, гэхдээ бидний булчингаас бидэнд олгодог гайхалтай чадварын тухайд гэвэл роботууд харьцуулахад цайвар өнгөтэй гэж хэлж болно. Хүний булчин нь маш хүчтэй бөгөөд бидний тархи булчингаа маш сайн удирддаг. Энэ нь хүний булчингууд бичих гэх мэт нарийн төвөгтэй ажлуудыг нарийн гүйцэтгэх чадвартай байдаг шалтгаан юм. Хүнд ажил хийх үед бидний булчингууд удаа дараа агшиж, тайвширдаг бөгөөд бид булчингийнхаа чадавхийн 65 орчим хувийг л ашигладаг гэж ярьдаг бөгөөд энэ хязгаарыг голчлон бидний сэтгэлгээгээр тогтоодог. Хэрэв бид хүн шиг зөөлөн булчинтай роботыг төсөөлж чадвал хүч чадал, чадвар нь асар их байх болно. Эдгээр судалгаанууд нь хэзээ нэгэн цагт жинхэнэ биологийн булчингийн асар их чадварыг бий болгож чадах идэвхжүүлэгчийг хөгжүүлэх эхний алхам гэж үзэж байна.
Зардал багатай "зөөлөн" робот
Зохиогчид төмсний чипсийн полимер уут, тос, тэр ч байтугай электрод гэх мэт материалууд нь хямд бөгөөд бэлэн байдаг тул ердөө 0.9 ам. доллар (эсвэл 10 цент) үнэтэй байдаг. Энэ нь одоо ажиллаж байгаа аж үйлдвэрийн нэгжүүд болон судлаачид мэдлэгээ дээшлүүлэхэд урам зориг өгч байна. Хямд өртөгтэй материалууд нь өргөжүүлэх боломжтой бөгөөд одоогийн үйлдвэрлэлийн практикт нийцдэг бөгөөд ийм төхөөрөмжийг хиймэл төхөөрөмж гэх мэт олон төрлийн хэрэглээнд эсвэл хүний хамтрагч болгон ашиглаж болно. Энэ нь ялангуяа сонирхолтой тал юм, учир нь робот техник гэдэг нэр томъёо нь үргэлж өндөр өртөгтэй адил байдаг. Ийм хиймэл булчинтай холбоотой сул тал нь түүнийг ажиллуулахад их хэмжээний цахилгаан шаардагддаг бөгөөд хэрэв робот хүчээ хэт их нөөцөлсөн тохиолдолд шатах эрсдэлтэй байдаг. Зөөлөн роботууд нь уламжлалт роботуудаас хамаагүй илүү нарийн байдаг бөгөөд тэдний дизайныг илүү төвөгтэй болгодог, тухайлбал цоолох, хүчээ алдах, тос асгарах гэх мэт. Эдгээр зөөлөн роботууд нь зарим зөөлөн роботуудын нэгэн адил өөрийгөө эдгээх шинж чанартай байх нь гарцаагүй.
Үр ашигтай, бат бөх зөөлөн роботууд нь хүнийг нөхөж, хүнийг орлох робот гэхээсээ илүүтэй "хамтын ажиллагаатай" роботууд шиг ажиллах чадвартай тул хүний амьдралд маш их хэрэгтэй байж болох юм. Мөн уламжлалт хиймэл гар нь илүү зөөлөн, тааламжтай, мэдрэмжтэй байж болно. Эдгээр судалгаа нь ирээдүйтэй бөгөөд хэрэв эрчим хүчний өндөр эрэлт хэрэгцээг даван туулж чадвал роботуудын дизайн, хэрхэн хөдөлж байгаа талаар ирээдүйд хувьсгал хийх боломжтой юм.
***
Эх сурвалж
1. Acome нар. 2018. Булчин шиг гүйцэтгэлтэй, гидравлик хүчитгэсэн өөрөө эдгээдэг цахилгаан хөдөлгөгч. Шинжлэх ухаан. 359(6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Келларис нар. 2018. Peano-HASEL идэвхжүүлэгчид: Идэвхжүүлснээр шугаман агшдаг булчин-миметик, цахилгаан гидравлик хувиргагч. Шинжлэх ухаан робот. 3(14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
***
