Sa isang malaking pag-unlad sa robotics, ang robot na may 'malambot' na parang tao na mga kalamnan ay matagumpay na nadisenyo sa unang pagkakataon. Ang ganitong malalambot na robot ay maaaring maging isang boon upang magdisenyo ng mga human friendly na robot sa hinaharap.
Ang mga robot ay mga programmable machine na karaniwang ginagamit sa mga pang-industriyang aplikasyon, halimbawa bilang bahagi ng automation, lalo na sa pagmamanupaktura dahil idinisenyo ang mga ito upang maging mahusay sa mga paulit-ulit na gawain na nangangailangan ng maraming lakas at lakas. Robots nakikipag-ugnayan sa pisikal na mundo sa pamamagitan ng mga sensor at actuator sa mga ito at ang mga ito ay reprogrammable na ginagawang mas kapaki-pakinabang at flexible ang mga ito kaysa sa mga nakagawiang single-function na machine. Kitang-kita sa paraan ng pagdidisenyo ng mga robot na ito para gawin ang trabaho na ang kanilang mga galaw ay napakahigpit, minsan ay maalog, parang makina at sila ay mabigat, kahanga-hanga at hindi sila kapaki-pakinabang kapag ang isang partikular na gawain ay nangangailangan ng pabagu-bagong halaga ng puwersa sa iba't ibang oras. puntos. Ang mga robot ay mapanganib din kung minsan at maaaring mangailangan ng mga secure na enclosure dahil hindi sila sensitibo sa kanilang kapaligiran. Ang larangan ng robotics ay naggalugad ng iba't ibang disiplina upang magdisenyo, bumuo, magprograma at mahusay na gumamit ng mga robotic machine sa iba't ibang larangan ng industriya at medikal na teknolohiya na may iba't ibang pangangailangan.
Sa kamakailang kambal na pag-aaral na pinamumunuan ni Christoph Keplinger, ang mga mananaliksik ay may mga robot na angkop na may bagong klase ng mga kalamnan na halos kapareho sa ating mga kalamnan ng tao at sila ay nagtataglay at nagpapalabas ng lakas at sensitivity tulad ng ginagawa natin. Ang pangunahing ideya ay magbigay ng higit pang "natural” paggalaw sa makina ie robot. 99.9 porsyento ng lahat ng mga robot ngayon ay mga matibay na makina na gawa sa bakal o metal, samantalang ang isang biological na katawan ay malambot ngunit may hindi kapani-paniwalang mga kakayahan. Ang mga robot na ito na may 'malambot' o 'mas tunay' na mga kalamnan ay maaaring angkop na idinisenyo upang magsagawa ng mga nakagawian at maselan na gawain (na ginagawa ng mga kalamnan ng tao araw-araw), halimbawa, namumulot lang ng malambot na prutas o naglalagay ng itlog sa loob ng basket. Kung ikukumpara sa mga tradisyunal na robot, ang mga robot na nilagyan ng 'mga artipisyal na kalamnan' ay magiging tulad ng isang 'mas malambot' na mga bersyon ng kanilang mga sarili at mas ligtas at pagkatapos ay maaari silang i-customize upang maisagawa ang halos anumang gawain sa kalapitan ng mga tao, na nagmumungkahi ng ilang posibleng mga aplikasyon na nauugnay sa at sa paligid ng buhay ng tao. Ang mga malalambot na robot ay maaaring tawaging 'collaborative' na mga robot, dahil ang mga ito ay katangi-tanging idinisenyo upang isakatuparan ang isang partikular na gawain sa isang katulad na paraan bilang isang tao.
Sinusubukan ng mga mananaliksik na lumikha ng malambot na mga robot ng kalamnan. Ang ganitong robot ay mangangailangan ng malambot kalamnan teknolohiya upang gayahin ang mga kalamnan ng tao at dalawang naturang teknolohiya ang sinubukan ng mga mananaliksik - mga pneumatic actuators at dielectric elastomer actuators. Ang 'actuator' ay tinukoy bilang ang aktwal na aparato na gumagalaw sa robot, o ang robot ay nagpapakita ng isang partikular na paggalaw. Sa mga pneumatic actuator, ang isang malambot na lagayan ay binomba ng mga gas o likido upang lumikha ng isang partikular na paggalaw. Ito ay simpleng disenyo ngunit makapangyarihan pa rin kahit na ang mga bomba ay hindi praktikal at mayroon silang malalaking reservoir. Ang pangalawang teknolohiya - ang mga dielectric elastomer actuator ay gumagamit ng konsepto ng paglalagay ng electric field sa isang insulating flexible na plastic upang ma-deform ito at sa gayon ay lumikha ng isang paggalaw. Ang dalawang teknolohiyang ito sa kanilang sarili ay hindi pa naging matagumpay dahil kapag ang isang bolt ng kuryente ay dumaan sa plastic, ang mga device na ito ay nabigo nang malungkot at sa gayon ay hindi lumalaban sa mekanikal na pinsala.
Higit pa"pantao tulad ng" mga robot na may katulad na mga kalamnan
Sa kambal na pag-aaral na iniulat sa agham1 at Agham Robotics2, kinuha ng mga mananaliksik ang mga positibong aspeto ng dalawang magagamit na teknolohiya ng malambot na kalamnan at lumikha ng isang simpleng soft muscle-like actuator na gumagamit ng kuryente upang baguhin ang paggalaw ng mga likido sa loob ng maliliit na supot. Ang mga flexible polymer pouch na ito ay naglalaman ng insulating liquid, halimbawa ng regular na langis (vegetable oil o canola oil) mula sa supermarket, o anumang katulad na likido ay maaaring gamitin. Kapag ang boltahe ay inilapat sa pagitan ng mga hydrogel electrodes na inilagay sa pagitan ng dalawang gilid ng pouch, ang mga gilid ay iginuhit sa isa't isa, nagaganap ang oil spasm, pinipiga ang likido sa loob nito at nagiging sanhi ng pagdaloy nito sa loob ng pouch. Ang pag-igting na ito ay lumilikha ng isang artipisyal na pag-urong ng kalamnan at kapag ang kuryente ay naputol, ang langis ay muling nakakarelaks, na ginagaya ang isang artipisyal pagpapahinga ng kalamnan. Ang actuator ay nagbabago ng hugis sa ganitong paraan, at ang bagay na konektado sa actuator ay nagpapakita ng isang paggalaw. Samakatuwid, ang 'artipisyal na kalamnan' na ito ay kumukontra at bumibitaw (flex) kaagad sa millisecond sa parehong paraan at may parehong katumpakan at puwersa ng mga tunay na skeletal na kalamnan ng tao. Ang mga paggalaw na ito ay maaari pa ngang matalo ang bilis ng mga reaksyon ng kalamnan ng tao dahil ang mga kalamnan ng tao ay kasabay na nakikipag-ugnayan sa utak na nagdudulot ng pagkaantala, bagaman hindi napapansin. Samakatuwid, sa pamamagitan ng disenyong ito, nakamit ang isang tuluy-tuloy na sistema na mayroong direktang kontrol sa kuryente na nagpapakita ng kagalingan at mataas na pagganap.
Sa unang pag-aaral1 in agham, ang mga actuator ay idinisenyo sa hugis ng isang donut at mayroon silang kakayahan at dexterity na kunin at hawakan ang isang raspberry sa pamamagitan ng robotic gripper (at hindi sumasabog ang prutas!). Ang posibleng pinsala na ginawa ng isang bolt ng kuryente kapag dumaan sa insulating liquid (isang pangunahing isyu sa mga dating idinisenyong actuator) ay inalagaan din sa kasalukuyang disenyo at anumang pinsalang elektrikal ay napagaling sa sarili o naayos kaagad ng bago lang. pagdaloy ng likido sa 'nasira' na bahagi sa pamamagitan ng simpleng proseso ng muling pamamahagi. Ito ay naiugnay sa paggamit ng likidong materyal, na mas nababanat, kapalit ng solidong insulating layer na ginamit sa maraming naunang disenyo at agad na nasira. Sa prosesong ito ang artipisyal na kalamnan ay nakaligtas ng higit sa isang milyong mga ikot ng contraction. Ang partikular na actuator na ito, na hugis donut ay madaling pumili ng raspberry. Sa katulad na paraan, sa pamamagitan ng pag-angkop sa hugis ng mga nababanat na pouch na ito, ang mga mananaliksik ay lumikha ng malawak na hanay ng mga actuator na may mga kakaibang paggalaw, halimbawa kahit na kumukuha ng isang marupok na itlog na may katumpakan at eksaktong kinakailangang puwersa. Ang mga flexible na kalamnan na ito ay tinaguriang "Hydraulically-amplified Self-healing Electrostatic" actuators, o HASEL actuators. Sa pangalawang pag-aaral2 inilathala sa Science Robotics, ang parehong koponan ay higit pang lumikha ng dalawang iba pang mga malambot na disenyo ng kalamnan na magkakasunod na kumukuha, halos kapareho ng bicep ng tao, kaya may kakayahang paulit-ulit na iangat ang mga bagay na mas mabigat kaysa sa kanilang sariling timbang.
A Ang pangkalahatang opinyon ay dahil ang mga robot ay mga makina kaya tiyak na sila ay may kalamangan sa mga tao, ngunit, pagdating sa mga kahanga-hangang kakayahan na ibinibigay sa atin ng ating mga kalamnan, masasabi lamang na ang mga robot ay maputla kung ikukumpara. Ang kalamnan ng tao ay napakalakas at ang ating utak ay may pambihirang dami ng kontrol sa ating mga kalamnan. Ito ang dahilan kung bakit ang mga kalamnan ng tao ay may kakayahang magsagawa ng mga masalimuot na gawain nang may katumpakan hal. Ang ating mga kalamnan ay paulit-ulit na kumukontra at nakakarelaks kapag gumagawa ng isang mabigat na gawain at sinasabing ginagamit lamang natin ang halos 65 porsiyentong kakayahan ng ating mga kalamnan at ang limitasyong ito ay pangunahing itinakda ng ating pag-iisip. Kung maiisip natin ang isang robot na may malambot na kalamnan na tulad ng tao, ang lakas at kakayahan ay napakalaki. Ang mga pag-aaral na ito ay nakikita bilang isang unang hakbang upang bumuo ng isang actuator na maaaring isang araw ay makakamit ang napakalaking kakayahan ng mga tunay na biological na kalamnan.
Matipid na 'malambot' na Robotics
Ang mga may-akda ay nagsasabi na ang mga materyales tulad ng potato-chips polymer pouch, langis at maging ang mga electrodes ay mura at madaling makuha na ang gastos ay 0.9 USD lamang (o 10 cents). Ito ay naghihikayat para sa kasalukuyang mga pang-industriyang yunit ng pagmamanupaktura at para sa mga mananaliksik na palawakin pa ang kanilang kadalubhasaan. Ang mga materyales na mura ay nasusukat at tugma sa kasalukuyang mga kasanayan sa industriya at ang mga naturang device ay maaaring gamitin para sa ilang mga aplikasyon tulad ng mga prosthetic na device, o bilang isang kasama ng tao. Ito ay isang partikular na kawili-wiling aspeto, dahil ang terminong robotics ay palaging katumbas ng mataas na gastos. Ang isang disbentaha na nauugnay sa naturang artipisyal na kalamnan ay ang mataas na dami ng kuryente na kinakailangan para sa operasyon nito at mayroon ding mga pagkakataong masunog kung ang robot ay naglalaan ng labis na kapangyarihan nito. Ang mga malalambot na robot ay mas maselan kaysa sa kanilang mga tradisyunal na katapat na robot na ginagawang mas mahirap ang kanilang disenyo, halimbawa ang mga posibilidad ng pagbubutas, pagkawala ng lakas at pagbuhos ng langis. Ang mga malalambot na robot na ito ay talagang nangangailangan ng isang aspeto ng pagpapagaling sa sarili, tulad ng ginagawa na ng ilang malambot na robot.
Ang mahusay at matatag na malambot na mga robot ay maaaring maging lubhang kapaki-pakinabang sa buhay ng mga tao dahil maaari silang umakma sa mga tao at magtrabaho sa kanila tulad ng mga "collaborative" na robot sa halip na mga robot na pumapalit sa mga tao. Gayundin, ang tradisyonal na prosthetic na mga braso ay maaaring maging mas malambot, kaaya-aya at sensitibo. Ang mga pag-aaral na ito ay nangangako at kung ang mataas na pangangailangan ng kapangyarihan ay maaaring matugunan, ito ay may potensyal na baguhin ang hinaharap ng mga robot sa mga tuntunin ng kanilang disenyo at kung paano sila gumagalaw.
***
{Maaari mong basahin ang orihinal na papel ng pananaliksik sa pamamagitan ng pag-click sa link ng DOI na ibinigay sa ibaba sa listahan ng (mga) binanggit na pinagmulan}
Pinagmulan (s)
1. Acome et al. 2018. Hydraulically amplified self-healing electrostatic actuator na may performance na parang kalamnan. Agham. 359(6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris et al. 2018. Peano-HASEL actuator: Muscle-mimetic, electrohydraulic transducers na linearly contraction sa activation. Science Robotics. 3(14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
