Новыя штучныя мышцы: больш лёгкія, бяспечныя і трывалыя робаты

Даследчыкі ETH Zurich нядаўна распрацавалі штучныя мышцы для перамяшчэння робата, але іх рашэнне дае некалькі пераваг у параўнанні з раней вядомымі тэхналогіямі.
Заслугоўваючы далейшага вывучэння, ён можа быць выкарыстаны ва ўсіх выпадках, калі робаты павінны быць мяккімі, а не жорсткімі, або павінны быць больш адчувальнымі пры ўзаемадзеянні з навакольным асяроддзем.
Многія робататэхнікі мараць ствараць робатаў, якія ўяўляюць сабой не толькі камбінацыю з металу або іншых цвёрдых матэрыялаў і рухавікоў, але і больш мяккіх і больш адаптыўных.
«Мяккія» аўтаматы могуць узаемадзейнічаць з навакольным асяроддзем зусім па-іншаму; напрыклад, яны маглі змякчыць удары, як гэта робяць чалавечыя канечнасці, або далікатна схапіць прадмет.
Гэта таксама дало б перавагі адносна спажывання энергіі: сёння рух робатаў звычайна патрабуе шмат энергіі, каб падтрымліваць пазіцыю на працягу доўгага часу, у той час як мяккія сістэмы маглі б лепш захоўваць яе.
Такім чынам, што можа быць больш відавочным, чым узяць за ўзор чалавечыя мышцы і паспрабаваць аднавіць іх?

Бывай, NCCR Robotics: дванаццаць поўных гадоў на службе ў Швейцарыі
Ёсць беспілотнік, які «лазіць» па дрэвах, каб іх абараніць

Кожная натуральная цягліца таксама скарачаецца ў адказ на дастатковы электрычны імпульс

Функцыянаванне штучных цягліц абавязкова заснавана на біялогіі.
Як і іх натуральныя аналогі, штучныя мышцы скарачаюцца ў адказ на электрычны імпульс.
Аднак штучныя мышцы складаюцца не з клетак і валокнаў, а з мяшка, напоўненага вадкасцю (часцей алеем), абалонка якога часткова пакрыта электродамі.
Калі гэтыя электроды атрымліваюць электрычнае напружанне, яны збліжаюцца і выштурхваюць вадкасць у астатнюю частку мяшка, які згінаецца і, такім чынам, здольны падняць цяжар.
Адзін мяшок падобны на кароткі пучок цягліцавых валокнаў.
Некалькі з гэтых мяшкоў могуць быць злучаныя разам, каб сфармаваць поўны рухальны элемент, які таксама называюць актуатарам або, прасцей кажучы, штучнай цягліцай.

Узнагарода ProteusDrone, мяккаму робату з мутантавымі формамі
Сабака-робат: швейцарскае вынаходніцтва, натхнёнае біялогіяй жывёл

Першапачаткова для электрастатычных прывадаў патрабавалася напружанне ад 6.000 да 10.000 Вольт

Ідэя распрацоўкі штучных цягліц не новая, але дагэтуль існавала сур'ёзная перашкода для іх рэалізацыі: электрастатычныя актуатары працавалі толькі з надзвычай высокім напружаннем, прыкладна ад 6.000 да 10.000 вольт.
Гэтае патрабаванне мела некалькі наступстваў: напрыклад, мышцы павінны былі быць падлучаныя да вялікіх, цяжкіх узмацняльнікаў напругі, яны не працавалі ў вадзе і былі не зусім бяспечныя для чалавека.
Цяпер распрацавана новае рашэнне Роберт Кацшман, прафесар робататэхнікі ETH Zurich, разам са Стэфанам-Даніэлем Гравертам, Эліяй Варыні і іншымі калегамі.
У артыкуле на інфармацыйным сайце «Science Advances» яны апублікавалі артыкул пра сваю версію штучнай мышцы, якая сапраўды мае шэраг пераваг.
Стэфан-Даніэль Граверт, які працуе навуковым супрацоўнікам у лабараторыі Роберта Кацшмана, распрацаваў новую абалонку для сумкі.

Новы англа-швейцарскі беспілотнік для тушэння пажараў у дапамогу пажарным
Такім чынам, у Швейцарыі робаты «пазнаюць» сакрэты трэкінгу

Рашэнне на будучыню? Сёння гэта сегнетаэлектрычны матэрыял з высокай пранікальнасцю

Даследчыкі называюць новыя штучныя мышцы актуатарамі HALVE, дзе HALVE расшыфроўваецца як «Гідраўлічна ўзмоцнены нізкавольтны электрастатычны».
«У іншых актуатараў электроды размешчаны на вонкавым боку корпуса. У нас абалонка складаецца з некалькіх слаёў. Мы ўзялі сегнетоэлектрычны матэрыял з высокай пранікальнасцю, гэта значыць здольны назапашваць адносна вялікую колькасць электрычнай энергіі, і злучылі яго са слоем электродаў. Затым мы пакрылі ўсё палімернай абалонкай, якая мае выдатныя механічныя ўласцівасці і робіць сумку больш устойлівай».- тлумачыць ён.
Такім чынам даследчыкі змаглі знізіць неабходнае напружанне, таму што значна больш высокая дыэлектрычная пранікальнасць сегнетоэлектрычнага матэрыялу дазваляе дасягнуць вялікіх сіл, нягледзячы на ​​нізкае напружанне.
Стэфан-Даніэль Граверт і Элія Варыні не толькі разам распрацавалі абалонку прывадаў HALVE, але і пабудавалі самі прывады ў лабараторыі для выкарыстання ў двух канкрэтных робатах.

У Тэль-Авіве лабараторыя Enel па выкарыстанні штучнага інтэлекту і робататэхнікі ў энергетыцы
Вось так робат Atlas ужо можа з намі працаваць і ўзаемадзейнічаць

Тэхнічныя «шчыпцы» і «рыбкі» паказваюць, на што здольны мускул, створаны ў Швейцарыі

Адным з такіх прыкладаў робата з'яўляецца захоп вышынёй 11 сантыметраў з двума пальцамі.
Кожны палец рухаецца трыма паслядоўна злучанымі кішэнямі прывада HALVE.
Невялікая батарэйка забяспечвае робата 900 Вольтамі.
Акумулятар і блок харчавання разам важаць усяго 15 грамаў.
Увесь суппорт, уключаючы сілавую і кіруючую электроніку, важыць 45 г.
Захоп можа захапіць гладкі пластыкавы прадмет з дастатковай сілай, каб вытрымаць уласную вагу, калі прадмет падымаецца ў паветра з дапамогай вяроўкі.
«Гэты прыклад выдатна дэманструе, наколькі маленькія, лёгкія і эфектыўныя прывады HALVE. Гэта таксама азначае, што мы зрабілі велізарны крок да нашай мэты па стварэнні інтэграваных сістэм, якія кіруюцца цягліцамі»., - задаволена кажа Кацшман.
Другі аб'ект - плывец, падобны на рыбу, даўжынёй амаль 30 сантыметраў, здольны лёгка перасоўвацца ў вадзе.
Ён складаецца з «галавы», якая змяшчае электроніку, і гнуткага «цела», да якога прымацаваны «Гідраўлічна ўзмацняюцца нізкавольтныя электрастатычныя» прывады.
Гэтыя прывады рухаюцца па чарзе ў рытме, які стварае тыповы рух пры плаванні.
Аўтаномная рыба можа выйсці са стану стазіса з хуткасцю тры сантыметры ў секунду за 14 секунд, і ўсё гэта пагружаная ў звычайную ваду з-пад крана.

Сабака-робат: швейцарскае вынаходніцтва, натхнёнае біялогіяй жывёл
У Швейцарыі Федэральная палітэхніка за празрысты і надзейны штучны інтэлект

Новыя прывады значна больш трывалыя, чым іншыя штучныя мышцы, а таксама воданепранікальныя

Гэты другі прыклад важны, таму што ён дэманструе яшчэ адну новую асаблівасць прывадаў HALVE.
Паколькі электроды больш не абаронены па-за абалонкай, штучныя мышцы цяпер воданепранікальныя і могуць выкарыстоўвацца нават пагружанымі ў электраправодныя вадкасці.
«Рыба ілюструе агульную перавагу гэтых прывадаў: электроды абаронены ад знешняга асяроддзя і, наадварот, навакольнае асяроддзе абаронена электродамі. Такім чынам, вы можаце выкарыстоўваць гэтыя электрастатычныя прывады ў вадзе або дакранацца да іх, напрыклад ", — дадае прафесар Федэральнага тэхналагічнага інстытута ў Цюрыху.
Слаістая структура канвертаў таксама мае яшчэ адну перавагу: новыя актуаторы значна больш трывалыя, чым іншыя штучныя мышцы.
У ідэале канверты павінны мець магчымасць здзяйсняць вялікую колькасць рухаў і рабіць гэта хутка.
Тым не менш, нават найменшая вытворчая памылка, такая як пылінка паміж электродамі, можа прывесці да электрычнага збою, свайго роду «міні-ўдару маланкі».

4 лістапада ў Лазане "Швейцарскі дзень робататэхнікі"
З DroneHub беспрэцэдэнтны… «вальер» для даследаванняў беспілотнікаў

Праблемы з «міні-маланкамі» вырашаны, кампаніі гатовыя да буйнамаштабнай вытворчасці

«Калі гэта адбывалася ў папярэдніх мадэлях, электрод перагараў, ствараючы дзірку ў абалонцы. Гэта дазволіла вадкасці выцячы і зрабіла прывад непрыдатным для выкарыстання ", тлумачыць Стэфан-Даніэль Граверт.
Гэтая праблема была вырашана ў прывадах HALVE, таму што адно адтуліну практычна зачыняецца само сабой дзякуючы ахоўнаму знешняму пластыкаваму пласту.
У выніку корпус застаецца цалкам спраўным нават пасля збою электрычнасці.
Два даследчыкі відавочна шчаслівыя, што зрабілі рашучы прарыў у распрацоўцы штучных цягліц, але яны таксама рэалісты.
Як кажа Роберт Кацшман, «Цяпер мы павінны падрыхтаваць гэтую тэхналогію для буйнамаштабнай вытворчасці, і мы не можам зрабіць гэта тут, у лабараторыі ETH. Не робячы лішніх адкрыццяў, магу сказаць, што мы ўжо рэгіструем цікавасць з боку кампаній, якія жадаюць з намі працаваць».
Напрыклад, штучныя мышцы аднойчы могуць быць выкарыстаны ў новых робатах, пратэзах або носных прыладах.
Іншымі словамі, у тэхналогіях для выкарыстання ў чалавечым целе і на целе...

Маліна з... сілікону, каб інструктаваць робатаў збіраць ураджай
Слушная даніна павагі ад Лугана маладой камандзе робататэхнікі Smilebots