U velikom napretku u robotici, prvi put su uspješno dizajnirani roboti s 'mekim' mišićima nalik na ljude. Takvi mekani roboti mogu biti blagodat za dizajniranje robota prilagođenih ljudima u budućnosti.
Roboti su programabilni strojevi koji se rutinski koriste u industrijskim primjenama, na primjer kao dio automatizacije, posebno proizvodnje jer su dizajnirani da budu dobri u ponavljajućim zadacima koji zahtijevaju puno snage i snage. Roboti komuniciraju s fizičkim svijetom putem senzora i pokretača u njima i mogu se reprogramirati što ih čini korisnijima i fleksibilnijima od rutinskih strojeva s jednom funkcijom. Očito je iz načina na koji su ovi roboti dizajnirani za obavljanje posla da su njihovi pokreti iznimno kruti, ponekad trzavi, nalik strojevima te su teški, impozantni i nisu korisni kada određeni zadatak zahtijeva različite količine sile u različito vrijeme bodova. Roboti su također ponekad opasni i možda će trebati sigurno kućište jer nisu osjetljivi na okolinu. Područje robotike istražuje razne discipline za projektiranje, izgradnju, programiranje i učinkovitu upotrebu robotskih strojeva u raznim područjima industrije i medicinske tehnologije s različitim zahtjevima.
U nedavnim studijama blizanaca koje je vodio Christoph Keplinger, istraživači su prilagodili robote s novom klasom mišića koji su vrlo slični našim ljudskim mišićima te posjeduju i projiciraju snagu i osjetljivost baš kao i mi. Središnja ideja je pružiti više "prirodan” kretanja do stroja tj. robota. 99.9 posto svih današnjih robota su kruti strojevi izrađeni od čelika ili metala, dok je biološko tijelo mekano, ali ima nevjerojatne mogućnosti. Ovi roboti s 'mekim' ili 'stvarnijim' mišićima mogu biti prikladno dizajnirani za obavljanje rutinskih i delikatnih zadataka (koje ljudski mišići obavljaju svakodnevno), na primjer samo branje mekog voća ili stavljanje jaja u košaru. U usporedbi s tradicionalnim robotima, roboti opremljeniumjetni mišići' bit će poput 'mekše' inačice sebe i sigurnije te se tada mogu prilagoditi za obavljanje gotovo bilo kojeg zadatka u blizini ljudi, sugerirajući nekoliko mogućih aplikacija povezanih s ljudskim životom i oko njega. Mekani roboti bi se mogli nazvati 'suradničkim' robotima, jer će biti jedinstveno dizajnirani da izvrše određeni zadatak na vrlo sličan način kao i čovjek.
Istraživači su pokušavali stvoriti robote s mekim mišićima. Takav robot će zahtijevati meku mišić tehnologiju za imitiranje ljudskih mišića, a istraživači su isprobali dvije takve tehnologije – pneumatske aktuatore i dielektrične elastomerne aktuatore. 'Aktuator' je definiran kao stvarni uređaj koji pomiče robota ili robot pokazuje određeni pokret. U pneumatskim aktuatorima, mekana vrećica se pumpa plinovima ili tekućinama kako bi se stvorio određeni pokret. Ovo je jednostavan dizajn, ali još uvijek moćan iako su pumpe nepraktične i imaju glomazne spremnike. Druga tehnologija – dielektrični elastomerni aktuatori koriste koncept primjene električnog polja na izolacijsku fleksibilnu plastiku kako bi je deformirali i tako stvorili pomicanje. Ove dvije tehnologije same po sebi još nisu bile uspješne jer kada strujni vijak prođe kroz plastiku, ti uređaji nesretno pokvare i stoga nisu otporni na mehanička oštećenja.
Više “ljudski poput” robota sa sličnim mišićima
U studijama blizanaca objavljenim u Znanost1 i Znanosti Robotika2, istraživači su uzeli pozitivne aspekte dviju dostupnih tehnologija mekih mišića i stvorili jednostavan aktuator nalik mekim mišićima koji koristi električnu energiju za promjenu kretanja tekućine unutar malih vrećica. Ove fleksibilne polimerne vrećice sadrže izolacijsku tekućinu, na primjer obično ulje (biljno ulje ili ulje repice) iz supermarketa ili bilo koja slična tekućina. Jednom kada se napon stavi između hidrogelnih elektroda postavljenih između dviju strana vrećice, strane su privučene jedna drugoj, dolazi do uljnog grča, istiskujući tekućinu u njoj i uzrokujući njeno strujanje unutar vrećice. Ova napetost stvara umjetnu kontrakciju mišića i nakon što se struja prekine, ulje se ponovno opušta, oponašajući vještački opuštanje mišića. Na taj način aktuator mijenja oblik, a predmet koji je povezan s aktuatorom pokazuje kretanje. Stoga se ovaj 'umjetni mišić' kontrahira i otpušta (savija) trenutno u milisekundama na isti način i s istom preciznošću i snagom kao pravi skeletni ljudski mišići. Ti pokreti čak mogu nadmašiti brzinu reakcija ljudskih mišića jer ljudski mišići istodobno komuniciraju s mozgom uzrokujući kašnjenje, iako neprimjetno. Stoga je kroz ovaj dizajn postignut fluidni sustav koji je imao izravnu električnu kontrolu koja je pokazala svestranost i visoke performanse.
U prvoj studiji1 in Znanost, aktuatori su bili dizajnirani u obliku krafne i imali su sposobnost i spretnost da pokupe i drže malinu kroz robotsku hvataljku (a ne da eksplodiraju voće!). Moguća oštećenja koja su nastala udarom struje prilikom prolaska kroz izolacijsku tekućinu (veliki problem s prethodno projektiranim aktuatorima) također su zbrinuta u sadašnjem dizajnu, a sva električna oštećenja su se samozaliječila ili odmah popravila samo novim protok tekućine u 'oštećeni' dio jednostavnim procesom preraspodjele. To se pripisuje korištenju tekućeg materijala, koji je otporniji, umjesto čvrstog izolacijskog sloja korištenog u mnogim prethodnim projektima i koji je odmah oštećen. U tom je procesu umjetni mišić preživio više od milijun ciklusa kontrakcije. Ovaj aktuator, koji je bio u obliku krafne, lako je mogao ubrati malinu. Slično, krojenjem oblika ovih elastičnih vrećica, istraživači su stvorili širok raspon pokretača s jedinstvenim pokretima, na primjer čak i podizanje krhkog jajeta s preciznošću i točnom potrebnom silom. Ovi fleksibilni mišići nazvani su "hidraulički pojačani samoiscjeljujući elektrostatički" aktuatori ili HASEL aktuatori. U drugoj studiji2 Objavljeno u Znanost robota, isti tim je dalje stvorio dva druga dizajna mekih mišića koji se kontrahiraju linearno, vrlo slično ljudskom bicepsu, te tako imaju sposobnost stalnog podizanja predmeta težih od vlastite težine.
O Općenito je mišljenje da, budući da su roboti strojevi, sigurno moraju imati prednost nad ljudima, ali, kada je riječ o zapanjujućim sposobnostima koje nam pružaju naši mišići, moglo bi se jednostavno reći da roboti blijede u usporedbi. Ljudski mišić je iznimno moćan i naš mozak ima izvanrednu količinu kontrole nad našim mišićima. To je razlog zašto su ljudski mišići sposobni obavljati zamršene zadatke s preciznošću, npr. pisanje. Naši mišići se stalno skupljaju i opuštaju kada radimo težak zadatak i kaže se da zapravo koristimo samo oko 65 posto sposobnosti naših mišića i tu granicu uglavnom postavlja naše razmišljanje. Ako možemo zamisliti robota koji ima mekane mišiće poput čovjeka, snaga i sposobnosti bile bi ogromne. Ove studije smatraju se prvim korakom u razvoju aktuatora koji bi jednog dana mogao postići goleme sposobnosti pravih bioloških mišića.
Isplativa 'meka' robotika
Autori kažu da su materijali poput polimernih vrećica za čips od krumpira, ulja, pa čak i elektroda, jeftini i lako dostupni po cijeni od samo 0.9 USD (ili 10 centi). To je ohrabrujuće za trenutne industrijske proizvodne jedinice i za istraživače da unaprijede svoju stručnost. Materijali koji su jeftini su skalabilni i kompatibilni s trenutnom industrijskom praksom i takvi se uređaji mogu koristiti za brojne primjene poput protetskih uređaja ili kao ljudski suputnik. To je posebno zanimljiv aspekt, budući da se pojam robotike uvijek poistovjećuje s visokim troškovima. Nedostatak vezan uz takav umjetni mišić je velika količina električne energije potrebna za njegov rad, a također postoje šanse za izgaranje ako robot rezervira previše svoje snage. Mekani roboti su daleko delikatniji od svojih tradicionalnih robotskih kolega, što njihov dizajn čini izazovnijim, na primjer mogućnosti probijanja, gubitka snage i prolijevanja ulja. Ovi mekani roboti definitivno trebaju neku vrstu samoiscjeljivanja, kao što mnogi neki mekani roboti već rade.
Učinkoviti i robusni mekani roboti mogu biti vrlo korisni u ljudskim životima jer mogu nadopunjavati ljude i raditi s njima kao "suradnički" roboti, a ne roboti koji zamjenjuju ljude. Također, tradicionalne protetske ruke mogle bi biti mekše, ugodnije i osjetljivije. Ove studije obećavaju i ako se može riješiti velika potražnja za snagom, ona ima potencijal revolucionirati budućnost robota u smislu njihovog dizajna i načina na koji se kreću.
***
{Izvorni istraživački rad možete pročitati klikom na vezu DOI koja se nalazi u nastavku na popisu citiranih izvora}
Izvor (i)
1. Acome i sur. 2018. Hidraulički pojačani samoiscjeljujući elektrostatski aktuatori s performansama poput mišića. Znanost. 359 (6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris i sur. 2018. Peano-HASEL aktuatori: mimetički, elektrohidraulični pretvarači koji se linearno skupljaju pri aktivaciji. Znanost robota. 3 (14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
