Robôs modernos podem fazer muito. Mas, ao mesmo tempo, estão longe da facilidade humana e da graça dos movimentos. E a culpa é - músculos artificiais imperfeitos. Cientistas de muitos países estão tentando resolver esse problema. O artigo será dedicado a uma breve visão geral de suas incríveis invenções.
Músculos de polímero de cientistas de Cingapura
Um passo em direção a mais robôs humanóides foi feito recentemente por inventores da Universidade Nacional de Cingapura. Hoje, andróides pesados são movidos por sistemas hidráulicos. Uma desvantagem significativa deste último é a baixa velocidade. Músculos artificiais para robôs, apresentados por cientistas de Cingapura, permitem que os ciborgues não apenas levantem objetos 80 vezes mais pesados que seu próprio peso, mas também o façam tão rapidamente quanto uma pessoa.
Um design inovador que se estende cinco vezes no comprimento ajuda os robôs a "contornar" até as formigas, que são conhecidas por serem capazes de transportar objetos 20 vezes mais pesados que o peso de seus próprios corpos. Os músculos de polímero têm as seguintes vantagens:
- flexibilidade;
- força do golpe;
- elasticidade;
- a capacidade de mudar sua forma em alguns segundos;
- a capacidade de converter energia cinética em energia elétrica.
No entanto, os cientistas não vão parar por aí - eles planejam criar músculos artificiais que permitiriam ao robô levantar uma carga 500 vezes mais pesada do que ele!
Descoberta de Harvard - músculos de eletrodos e elastômero
Inventores que trabalham na Escola de Ciências Aplicadas e de Engenharia da Universidade de Harvard apresentaram músculos artificiais qualitativamente novos para os chamados robôs "soft". Segundo os cientistas, sua ideia, consistindo de um elastômero macio e eletrodos, que incluem nanotubos de carbono, não é inferior em qualidade aos músculos humanos!
Todos os robôs que existem hoje, como já mencionado, são baseados em acionamentos, cujo mecanismo é hidráulico ou pneumático. Tais sistemas são alimentados por ar comprimido ou pela reação de produtos químicos. Isso torna impossível construir um robô que seja tão macio e rápido quanto um humano. Os cientistas de Harvard eliminaram essa deficiência criando um conceito qualitativamente novo de músculos artificiais para robôs.
O novo "músculo" ciborgue é uma estrutura de várias camadas na qual eletrodos de nanotubos criados no laboratório de Clark controlam as camadas superior e inferior de elastômeros flexíveis, criação de cientistas da Universidade da Califórnia. Tais músculosideal tanto para andróides "suaves" quanto para instrumentos laparoscópicos em cirurgia.
Os cientistas de Harvard não pararam nesta maravilhosa invenção. Um de seus mais recentes desenvolvimentos é um biorobô de arraia. Seus componentes são células do músculo cardíaco de rato, ouro e silicone.
A invenção do grupo Bauchmann: outro tipo de músculo artificial baseado em nanotubos de carbono
Em 1999, na cidade australiana de Kirchberg, no 13º encontro da International Winter School on the Electronic Properties of Innovative Materials, o cientista Ray Bauchman, que trabalha na Allied Signal e lidera um grupo de pesquisa internacional, fez uma apresentação. O post dele era sobre como fazer músculos artificiais.
Desenvolvedores liderados por Ray Bauchman conseguiram imaginar nanotubos de carbono na forma de folhas de nanopapel. Os tubos nesta invenção foram de todas as maneiras possíveis entrelaçados e misturados uns com os outros. O nanopapel em si lembrava papel comum em sua aparência - podia ser segurado nas mãos, cortado em tiras e pedaços.
O experimento do grupo foi muito simples na aparência - os cientistas prenderam pedaços de nanopapel em diferentes lados da fita adesiva e abaixaram essa estrutura em uma solução salgada eletricamente condutora. Depois que a bateria de baixa tensão foi ligada, ambas as nanofitas se alongaram, principalmente a ligada ao polo negativo da bateria elétrica; então o papel enrolou. O modelo de músculo artificial funcionou.
O próprio Bauhman acredita que sua invenção após uma modernização qualitativatransformará significativamente a robótica, porque esses músculos de carbono, quando flexionados / estendidos, criam um potencial elétrico - eles produzem energia. Além disso, esses músculos são três vezes mais fortes que os humanos, podem funcionar em temperaturas extremamente altas e baixas, usando baixa corrente e voltagem para seu trabalho. É bem possível usá-lo para próteses de músculos humanos.
Universidade do Texas: músculos artificiais feitos de linha de pesca e linha de costura
Um dos mais marcantes é o trabalho de uma equipe de pesquisa da Universidade do Texas, localizada em Dallas. Ela conseguiu um modelo de músculos artificiais, em sua força e potência que lembra um motor a jato - 7,1 hp / kg! Esses músculos são centenas de vezes mais fortes e produtivos do que os humanos. Mas o mais incrível aqui é que eles foram construídos com materiais primitivos - linha de pesca de polímero de alta resistência e linha de costura.
A nutrição de tal músculo é uma diferença de temperatura. É fornecido por uma linha de costura revestida com uma fina camada de metal. No entanto, no futuro, os músculos dos robôs podem ser alimentados por mudanças na temperatura do ambiente. Essa propriedade, a propósito, pode ser aplicada a roupas de adaptação ao clima e outros dispositivos semelhantes.
Se o polímero for torcido em uma direção, ele encolherá acentuadamente quando aquecido e esticar rapidamente quando resfriado, e se for torcido na direção oposta, será completamente oposto. Um design tão simples pode, por exemplo, girar um rotor geral a uma velocidade de 10 mil rotações / min. Mais talmúsculos artificiais da linha de pesca, pois são capazes de contrair até 50% do seu comprimento original (apenas humanos em 20%). Além disso, eles se distinguem pela incrível resistência - esse músculo não "se cansa" mesmo depois de um milhão de repetições da ação!
Do Texas a Amur
A descoberta dos cientistas de Dallas inspirou muitos cientistas de todo o mundo. No entanto, apenas um roboticista conseguiu repetir com sucesso sua experiência - Alexander Nikolaevich Semochkin, chefe do laboratório de tecnologia da informação da Universidade Pedagógica do Estado da Bielorrússia.
No início, o inventor esperou pacientemente por novos artigos na Science sobre a implementação em massa da invenção de colegas americanos. Como isso não aconteceu, o cientista de Amur decidiu com seus semelhantes repetir a experiência maravilhosa e criar músculos artificiais a partir de fio de cobre e linha de pesca com as próprias mãos. Mas, infelizmente, a cópia não era viável.
Inspiração de Skolkovo
Retorno aos experimentos quase abandonados Alexander Semochkin foi forçado por um acaso - o cientista foi a uma conferência de robótica em Skolkovo, onde conheceu uma pessoa de Zelenograd, o chefe da empresa Neurobotics. Como se viu, os engenheiros desta empresa também estão ocupados criando músculos a partir de linhas de pesca, que são bastante viáveis.
Retornando à sua terra natal, Alexander Nikolaevich começou a trabalhar com vigor renovado. Em um mês e meio, ele conseguiu não apenas montar músculos artificiais trabalháveis, mas também criar uma máquina para torcê-los, que fazia bobinas de linha de pescaestritamente repetível.
Musculatura artificial da anunciação
Para criar um músculo de cinco centímetros, A. N. Semochkin precisa de vários metros de fio e 20 cm de linha de pesca comum. A propósito, uma máquina de “produção” muscular impressa em 3D torce um músculo em 10 minutos. Em seguida, a estrutura é colocada em um forno aquecido a +180 graus Celsius por meia hora.
Você pode ativar esse músculo com a ajuda da corrente elétrica - basta conectar sua fonte ao fio. Como resultado, ele começa a aquecer e transferir seu calor para a linha de pesca. Este último é alongado ou contraído - dependendo do tipo de músculo que o aparelho torceu.
Planos do Inventor
O novo projeto de Alexander Semochkin é "ensinar" os músculos criados a retornar ao seu estado original mais rapidamente. Isso pode ser ajudado pelo rápido resfriamento do fio de energia - o cientista sugere que esse processo ocorrerá mais rapidamente sob a água. Depois que esse músculo for obtido, Iskanderus, um robô antropomórfico da Universidade Pedagógica do Estado da Bielorrússia, se tornará seu primeiro proprietário.
O cientista não mantém sua invenção em segredo - ele posta vídeos no YouTube, e também planeja escrever um artigo com instruções detalhadas para criar uma máquina que torce músculos de linha de pesca e arame.
O tempo não para - os músculos artificiais de que falamos já são usados em cirurgias para endo- eoperações laparoscópicas. E no laboratório "Disney" com a participação deles, eles montaram uma mão funcional.
