רובוטים מודרניים יכולים לעשות הרבה. אבל יחד עם זאת, הם רחוקים מנוחות אנושית וחן תנועות. והתקלה היא - שרירים מלאכותיים לא מושלמים. מדענים ממדינות רבות מנסים לפתור בעיה זו. המאמר יוקדש לסקירה קצרה של ההמצאות המדהימות שלהם.
שרירי פולימרים ממדענים מסינגפור
צעד לקראת יותר רובוטים דמויי אדם נעשה לאחרונה על ידי ממציאים מהאוניברסיטה הלאומית של סינגפור. כיום, אנדרואידים כבדי משקל מופעלים על ידי מערכות הידראוליות. חסרון משמעותי של האחרון הוא מהירות נמוכה. שרירים מלאכותיים לרובוטים, שהוצגו על ידי מדענים מסינגפור, מאפשרים לסייבורגים לא רק להרים חפצים שכבדים פי 80 ממשקלם עצמם, אלא גם לעשות זאת במהירות כמו אדם.
עיצוב חדשני שנמתח פי חמישה באורך עוזר לרובוטים "להתעקוף" אפילו נמלים, שידוע כי ביכולתן לשאת חפצים כבדים פי 20 ממשקל גופם. לשרירי פולימרים יש את היתרונות הבאים:
- flexibility;
- כוח מתקף;
- elasticity;
- היכולת לשנות את צורתו תוך מספר שניות;
- היכולת להמיר אנרגיה קינטית לאנרגיה חשמלית.
עם זאת, מדענים לא מתכוונים לעצור שם - הם מתכננים ליצור שרירים מלאכותיים שיאפשרו לרובוט להרים מטען כבד פי 500 ממנו!
גילוי מהרווארד - שרירים מאלקטרודות ואלסטומר
ממציאים שעובדים בבית הספר למדעי השימוש וההנדסה באוניברסיטת הרווארד הציגו שרירים מלאכותיים חדשים ואיכותית עבור הרובוטים המכונה "רכים". לדברי מדענים, פרי מוחותם, המורכב מאלסטומר רך ואלקטרודות, הכוללות ננו-צינוריות פחמן, אינו נחות באיכותה מהשרירים האנושיים!
כל הרובוטים הקיימים כיום, כפי שכבר הוזכר, מבוססים על כוננים, שהמנגנון שלהם הוא הידראוליקה או פנאומטיקה. מערכות כאלה מופעלות על ידי אוויר דחוס או תגובה של כימיקלים. זה לא מאפשר לבנות רובוט רך ומהיר כמו אדם. מדעני הרווארד ביטלו את החסרון הזה על ידי יצירת קונספט חדש ואיכותי של שרירים מלאכותיים לרובוטים.
ה"שריר" החדש של הסייבורג הוא מבנה רב-שכבתי שבו אלקטרודות ננו-צינורות שנוצרו במעבדה של קלארק שולטות בשכבות העליונות והתחתונות של אלסטומרים גמישים, פרי יצירתם של מדענים מאוניברסיטת קליפורניה. שרירים כאלהאידיאלי גם לאנדרואידים "רכים" וגם למכשירים לפרוסקופיים בניתוח.
מדענים של הרווארד לא הסתפקו בהמצאה הנפלאה הזו. אחד הפיתוחים האחרונים שלהם הוא ביורובוט סטינגריי. מרכיביו הם תאי שריר לב חולדה, זהב וסיליקון.
המצאת קבוצת באוכמן: סוג נוסף של שרירים מלאכותיים המבוססים על ננו-צינוריות פחמן
בשנת 1999 בעיירה האוסטרלית קירשברג במפגש ה-13 של בית הספר הבינלאומי לחורף על המאפיינים האלקטרוניים של חומרים חדשניים, המדען ריי באוכמן, שעובד ב-Allied Signal ועומד בראש קבוצת מחקר בינלאומית, עשה הַצָגָה. הפוסט שלו היה על יצירת שרירים מלאכותיים.
מפתחים בראשות ריי באוכמן הצליחו לדמיין ננו-צינורות פחמן בצורת גיליונות של ננו-נייר. הצינורות בהמצאה זו היו שזורים בכל דרך אפשרית ומעורבבים זה בזה. הננו-נייר עצמו דומה לנייר רגיל במראהו - אפשר להחזיק אותו בידיים, לחתוך אותו לרצועות ולחתיכות.
הניסוי של הקבוצה היה מאוד פשוט למראה - מדענים חיברו פיסות של ננו-נייר לצדדים שונים של סרט דבק והורידו את המבנה הזה לתמיסה מוליכה חשמלית מלוחה. לאחר הפעלת סוללת המתח הנמוך, שתי הננו-רצועות התארכו, במיוחד זו המחוברת לקוטב השלילי של הסוללה החשמלית; ואז הנייר התכרבל. מודל השרירים המלאכותיים פעל.
באומן עצמו מאמין שהמצאתו לאחר מודרניזציה איכותיתיהפוך רובוטיקה בצורה משמעותית, מכיוון ששרירי פחמן כאלה, כאשר הם מכופפים / מורחבים, יוצרים פוטנציאל חשמלי - הם מייצרים אנרגיה. בנוסף, שרירים כאלה חזקים פי שלושה מהאדם, יכולים לתפקד בטמפרטורות גבוהות ונמוכות במיוחד, תוך שימוש בזרם ובמתח נמוכים לעבודתם. זה בהחלט אפשרי להשתמש בו עבור תותבות של שרירים אנושיים.
אוניברסיטת טקסס: שרירים מלאכותיים עשויים מחוט דיג וחוט תפירה
אחד הבולטים ביותר הוא עבודתו של צוות מחקר מאוניברסיטת טקסס, הממוקמת בדאלאס. היא הצליחה להשיג דגם של שרירים מלאכותיים, בחוזקו ובעוצמתו המזכירים מנוע סילון - 7.1 כ"ס/ק"ג! שרירים כאלה הם מאות מונים חזקים ופרודוקטיביים יותר מאלה של בני אדם. אבל הדבר הכי מדהים כאן הוא שהם נבנו מחומרים פרימיטיביים - חוט דיג פולימרי בעל חוזק גבוה וחוט תפירה.
התזונה של שריר כזה היא הבדל טמפרטורה. הוא מסופק על ידי חוט תפירה מצופה בשכבה דקה של מתכת. עם זאת, בעתיד, השרירים של רובוטים עשויים להיות מתודלקים משינויים בטמפרטורה של סביבתם. נכס זה, אגב, עשוי בהחלט להיות מיושם על בגדים מתאימים למזג האוויר והתקנים דומים אחרים.
אם הפולימר מעוות לכיוון אחד, הוא יתכווץ בחדות בחימום ויימתח במהירות בקירור, ואם הוא מסובב בכיוון ההפוך, הוא יהיה הפוך לחלוטין. עיצוב פשוט כזה יכול, למשל, לסובב רוטור כולל במהירות של 10 אלף סיבובים לדקה. בנוסף כאלהשרירים מלאכותיים מחוט דיג בכך שהם מסוגלים להתכווץ עד 50% מאורכם המקורי (אדם רק ב-20%). בנוסף, הם מובחנים בסיבולת מדהימה - השריר הזה לא "מתעייף" גם אחרי מיליון חזרות על הפעולה!
מטקסס לאמור
הגילוי של מדענים מדאלאס נתן השראה למדענים רבים מרחבי העולם. עם זאת, רק רובוטיקן אחד הצליח לחזור על הניסיון שלהם בהצלחה - אלכסנדר ניקולאביץ' סמוצ'קין, ראש מעבדת טכנולוגיית המידע באוניברסיטה הפדגוגית הממלכתית בלארוסית.
בתחילה, הממציא חיכה בסבלנות למאמרים חדשים ב-Science על יישום המוני של המצאת עמיתים אמריקאים. מכיוון שזה לא קרה, החליט מדען עמור עם אנשיו הדומים לחזור על החוויה הנפלאה וליצור במו ידיהם שרירים מלאכותיים מחוטי נחושת וחוט דיג. אבל, למרבה הצער, העותק לא היה בר קיימא.
השראה מסקולקובו
חזרה לניסויים כמעט נטושים אלכסנדר סמוצ'קין נאלץ במקרה - המדען הגיע לכנס רובוטיקה בסקולקובו, שם פגש אדם בעל דעות דומות מזלנוגרד, ראש חברת נוירובוטיקה. כפי שהתברר, המהנדסים של החברה הזו עסוקים גם ביצירת שרירים מחוטי דיג, שהם די קיימא.
בשובו למולדתו, אלכסנדר ניקולאביץ' התחיל לעבוד במרץ מחודש. תוך חודש וחצי הוא הצליח לא רק להרכיב שרירים מלאכותיים שניתן לעבוד בהם, אלא גם ליצור מכונה לסובב אותם, שיצרה סלילים של חוט דיג.בהחלט ניתן לחזור.
שרירים מלאכותיים הכרזה
כדי ליצור שריר של חמישה סנטימטרים, A. N. Semochkin צריך כמה מטרים של חוט ו-20 ס"מ של חוט דיג רגיל. מכונת "ייצור" שרירים בהדפסת תלת מימד, אגב, מסובבת שריר תוך 10 דקות. לאחר מכן מכניסים את המבנה לתנור שחומם ל-180 מעלות צלזיוס+ למשך חצי שעה.
אפשר להפעיל שריר כזה בעזרת זרם חשמלי - פשוט חברו את המקור שלו לחוט. כתוצאה מכך הוא מתחיל להתחמם ולהעביר את חומו אל חוט הדיג. האחרון נמתח או מכווץ - תלוי בסוג השריר שהמכשיר סובב.
תכניות הממציא
הפרויקט החדש של אלכסנדר סמוצ'קין הוא "ללמד" את השרירים שנוצרו לחזור למצבם המקורי מהר יותר. זה יכול להיעזר בקירור מהיר של חוט החשמל - המדען מציע שתהליך כזה יתרחש מהר יותר מתחת למים. לאחר השגת שריר כזה, איסקנדרוס, רובוט אנתרופומורפי של האוניברסיטה הפדגוגית הממלכתית בלארוס, יהפוך לבעלים הראשון שלו.
המדען לא שומר את ההמצאה שלו בסוד - הוא מפרסם סרטונים ביוטיוב, וגם מתכנן לכתוב מאמר עם הוראות מפורטות ליצירת מכונה שמסובב שרירים מחוט דיג וחוט.
הזמן לא עומד מלכת - השרירים המלאכותיים שסיפרנו לכם עליהם כבר נמצאים בשימוש בניתוחים עבור אנדו ו-ניתוחים לפרוסקופיים. ובמעבדת "דיסני" בהשתתפותם הרכיבו יד מתפקדת.
