Sztuczne mięśnie dla robota. Kolejna granica przekroczona?
Naukowcy opracowali pierwszą nogę robota, która jest napędzana sztucznymi mięśniami elektrohydraulicznymi i automatycznie dostosowuje się do nierównego terenu.
System jest bardziej energooszczędny niż silniki elektryczne i umożliwia wysokie skoki i szybkie ruchy bez skomplikowanych czujników. Chociaż technologia nie jest jeszcze w pełni rozwinięta, jest obiecująca i oferuje potencjał do przyszłych zastosowań w miękkiej robotyce, podaje Maxa Planck Institute.
Nowa noga robota napędzana mięśniami jest nie tylko bardziej energooszczędna niż konwencjonalna, ale może również wykonywać wysokie skoki i szybkie ruchy, a także wykrywać i reagować na przeszkody – wszystko to bez konieczności stosowania skomplikowanych czujników. Nowa noga została opracowana przez naukowców z Instytutu Maxa Plancka ds. Inteligentnych Systemów (MPI-IS) i ETH Zurich w ramach partnerstwa badawczego o nazwie Max Planck ETH Center for Learning Systems, znanego jako CLS – czytamy w komunikacie Maxa Planck Institute.
Naładowany elektrycznie jak balon
Podobnie jak u ludzi i zwierząt, mięsień prostownik i zginacz zapewniają, że noga robota może poruszać się w obu kierunkach. Te elektrohydrauliczne siłowniki, które naukowcy nazywają HASEL, są przymocowane do szkieletu za pomocą ścięgien.
Siłowniki to wypełnione olejem plastikowe torby, podobne do tych, których używa się do robienia kostek lodu. Około połowa każdej torby jest pokryta z obu stron czarną elektrodą wykonaną z przewodzącego materiału. Thomas Buchner z ETH Zurych wyjaśnia, że „gdy tylko przyłożymy napięcie do elektrod, przyciągają się one do siebie z powodu elektryczności statycznej. Podobnie, gdy pocieram balon o głowę, moje włosy przyklejają się do balonu z powodu tej samej elektryczności statycznej”. Gdy zwiększa się napięcie, elektrody zbliżają się i wypychają olej w torbie na jedną stronę, przez co torba jest ogólnie krótsza.
Pary tych siłowników przymocowane do szkieletu powodują takie same ruchy mięśni parzystych, jak u istot żywych: gdy jeden mięsień się skraca, jego odpowiednik się wydłuża. Naukowcy wykorzystują kod komputerowy, który komunikuje się ze wzmacniaczami wysokiego napięcia, aby kontrolować, które siłowniki się kurczą, a które rozciągają.
Bardziej wydajne niż silniki elektryczne
Naukowcy porównali efektywność energetyczną swojej robotycznej nogi z efektywnością konwencjonalnej robotycznej nogi napędzanej silnikiem elektrycznym. Między innymi przeanalizowali, ile energii jest niepotrzebnie zamieniane na ciepło.
Jak mówi Thomas Buchner na obrazie w podczerwieni łatwo zauważyć, że zmechanizowana noga zużywa znacznie więcej energii, jeśli na przykład musi utrzymać pozycję zgiętą. Natomiast temperatura w elektrohydraulicznej nodze pozostaje taka sama. Dzieje się tak, ponieważ sztuczny mięsień jest elektrostatyczny.
Zwykle roboty napędzane silnikiem elektrycznym potrzebują zarządzania ciepłem, co wymaga dodatkowych radiatorów lub wentylatorów do rozpraszania ciepła do powietrza. Nasz system ich nie wymaga – powiedział Toshihiko Fukushima z Maxa Planck Institute.
Zwinne poruszanie się po nierównym terenie
Zdolność nogi robota do skakania opiera się na jej zdolności do wybuchowego podnoszenia własnego ciężaru. Naukowcy wykazali również, że noga robota ma wysoki stopień adaptacji, co jest szczególnie ważne w przypadku miękkiej robotyki. Tylko jeśli układ mięśniowo-szkieletowy ma wystarczającą elastyczność, może elastycznie dostosować się do danego terenu.
Pewne ograniczenia robota
Zdaniem Roberta Katzschmanna z ETH w Zurychu w porównaniu do chodzących robotów z silnikami elektrycznymi ten system jest nadal ograniczony. Noga jest obecnie przymocowana do pręta, skacze w kółko i nie może się jeszcze swobodnie poruszać. Przyszłe prace powinny przezwyciężyć te ograniczenia, otwierając drzwi do rozwoju prawdziwych robotów chodzących ze sztucznymi mięśniami.
Jeśli połączymy nogę robota w czworonożnym robocie lub humanoidalnym robocie z dwiema nogami, może pewnego dnia, gdy będzie zasilany bateryjnie, będziemy mogli wdrożyć go jako robota ratunkowego – podkreślił Katzschmann.
Źródło: Max Planck Institute
Czytaj też: Boeing chce zaprezentować satelity dla przełomowej formy łączności
Grafika tytułowa: Arseny Togulev / Unsplash
