Što su mekani roboti?
Soft robotika je specifična grana robotike koja se bavi
Meka robotika uvelike ovisi o tome kakokako se živi organizmi kreću i prilagođavaju svojoj okolini. Za razliku od robota izrađenih od krutih materijala, mekani roboti pružaju povećanu fleksibilnost i prilagodljivost za izvršavanje zadataka, kao i povećanu sigurnost u radu s ljudima. Te karakteristike omogućuju mu upotrebu u medicini i industriji.
Meka robotika uglavnom dizajniraroboti u potpunosti izrađeni od mekanih materijala. Kao rezultat, dobiveni roboti nalikuju beskralješnjacima poput crva ili hobotnica. Simuliranje kretanja takvih robota težak je zadatak. Činjenica je da je za takve procese potrebno primijeniti metode mehanike kontinuuma. Zbog toga se mekani roboti ponekad nazivaju i kontinuirani roboti.
Podsjetimo, Mehanika kontinuuma - diomehanike, fizike kontinuuma i fizike kondenzirane tvari, posvećen kretanju plinovitih, tekućih i deformabilnih krutina, kao i interakcijama sila u takvim tijelima.
Hibridi mekih i tvrdih robota
Da bi proučavali biološke pojave, znanstvenici stvaraju mekane robote na sliku živih organizama i provode eksperimente koje je teško izvesti na stvarnim organizmima.
Međutim, postoje kruti roboti koji su također sposobni za kontinuiranu deformaciju, poput zmijskog robota.
Meke konstrukcije mogu se koristiti kao dioveći kruti robot. Prednost pružaju robotski mekani efektori za hvatanje i manipuliranje predmetima. Poanta je u tome da oni ne uništavaju krhke predmete.
Također je moguće stvoriti hibrid meko-tvrdoroboti koji imaju unutarnji kruti okvir i vanjske mekane elemente. Mekani elementi mogu imati brojne funkcije: i mehanizmi koji djeluju slično životinjskim mišićima i amortizacijski materijal koji osigurava sigurnost u sudaru s ljudima.
Robot na kotačima s mekim nogama i sposobnošću kretanja po tlu.
Foto: Ali Sadeghi, Alessio Mondini, Emanuela Del Dottore, Anand Kumar Mishra i Barbara Mazzolai
Meki roboti mogu se saviti u bilo koji oblikoblik. Izrađene su od vrlo mekog materijala, uključujući nanomaterijale. To ih čini sličnijima dijelovima ljudskog tijela, poput mišića. Zapravo, moglo bi se reći da ovi roboti gotovo oživljavaju uz pomoć nanomaterijala.
Unatoč velikom broju istraživanja na području mekih robota, inženjeri su još uvijek na samom početku svog puta. Međutim, stručnjaci predviđaju da će do 2024. njihovo tržište dosegnuti 2,16 milijardi dolara.
Po čemu se mekani roboti razlikuju od običnih?
Metalni roboti su puno ograničeniji. Dizajnirani su s naglaskom na brzinu i preciznost, što ih čini idealnim za stvari poput rada na traci. Ali nisu toliko univerzalni.
Mekani roboti razlikuju se od industrijskih ilisuradnički roboti jer je njihova konstrukcija izrađena od mekanih, savitljivih materijala. Njihov se dizajn vrlo razlikuje od bilo kojeg drugog oblika robota, a slično mekani roboti izvršavaju vrlo različite funkcije.
Većina mekih robota još uvijek je unutrau ranim fazama razvoja, a prvog mekog robota 2011. godine razvio je profesor s Harvarda George Whitesides. Od tada su se broj i vrste mekih robota drastično povećali. Iako su možda nekoliko godina udaljeni od stvarne komercijalne održivosti, i dalje predstavljaju uzbudljivu tehnologiju s velikim potencijalom.
Mekani roboti - uzbudljiva inovacija u svijeturobotika. Spomenutih pet vrsta mekih robota mogu imati najveći komercijalni potencijal od svih vrsta mekih robota koji se trenutno razvijaju.
Za razliku od industrijskih ili kolaborativnih robota, mekani roboti služe širokom spektru aplikacija.
Kako se koriste mekani roboti?
Privlačnost mekih robota leži u njihovoj fleksibilnosti i svestranosti.
6 perspektivnih tipova mekih robota
Postoji mnogo različitih vrsta mekih robota, ali postoji 6 različitih aplikacija koje obećavaju najveći komercijalni potencijal.
- Robotski mišići: trenutačno se razvija nekoliko vrstameki roboti koji će djelovati kao robotski mišići. Jedan od najperspektivnijih prototipova nadahnut je origamijem. Njegova presavijena struktura može podići 1000 puta veću težinu od vlastite težine i mjeri se od nekoliko milimetara do jednog metra.Uz to, znanstvenici sada rade na stvaranju robota u nanorazmjerima od DNK.
- Penjački roboti:ove vrste robota imaju mnogo potencijalaprimjene u rasponu od inspekcije i održavanja zgrada do akcija traganja i spašavanja. Jedna verzija mekih penjajućih robota ima zakrivljeni dizajn, slično poput gusjenice. To mu omogućuje puzanje gore-dolje po konstrukcijama različitih veličina.
- Jestivi roboti. Prvi projekt takvih robota stvorio je školski tim u Philadelphiji za godišnje natjecanje soft robotike. Ovi biorazgradivi roboti mogu sigurno dostavljati lijekove u razne dijelove tijela.
- Nosivi roboti.Ovi biomimetički uređaji mogu vam pomoćipacijent na fizičkoj rehabilitaciji. Mekani robot oponaša prirodno kretanje tijela gdje god se nalazi, pomažući pacijentu da povrati normalnu motoričku funkciju.
- Protetski roboti.Za stvaranje se mogu koristiti meki robotivrhunska protetika za osobe kojima nedostaju udovi ili dijelovi tijela. Često se tehnologija meke robotike koristi na kraju protetske šake za delikatnije i preciznije hvatanje predmeta.
- Roboti astronauti. NASA-ini znanstvenici sugeriraju da će jednog dana letjeti na površini Marsa. Drugi već dizajniraju robote koji će raditi u najteže dostupnim dijelovima ljudskog tijela.
Iako se meki roboti mogu koristiti i u sustavuu industrijskom okruženju - pogotovo jer roboti u suradnji (poznatiji i kao "koboti") koji rade s ljudima, tu se teško zaustavljaju.
Prvi meki autonomni robot na svijetu
2016. koristili su se znanstvenici s Harvardatekuća silikonska guma za razvoj Octobota, prvog mekog autonomnog robota na svijetu. Inspirirani hobotnicama, ovi se mekani roboti mogu okretati i svladavati prepreke koje možda nisu moguće za oštre, krute metalne robote poput onih prikazanih u "Terminatoru" ili "Ratovima zvijezda".
Iznenađujuće je da je Octobot jeftiniji za proizvodnju,nego latte, a za punjenje gorivom košta samo 5 centi. Može se zamisliti da stotine jeftinih mekih robota budu poslani da istraže mjesto događaja, prevladaju prepreke i uska grla kako bi pomogli u akciji spašavanja.
“Glavni cilj meke robotike nije stvaranjeultra precizni strojevi, jer ih već imamo '', rekla je biomedicinska inženjerka Jada Gerboni u svom TED predavanju 2018. godine. "I kako bi roboti mogli izdržati neočekivane situacije u stvarnom svijetu."
Mekani roboti u medicini
Mekani roboti mogu se koristiti kaokirurški i medicinski instrumenti (posebno endoskopi). Njihova je prednost što se kroz tjelesne strukture kreću lakše nego što to mogu tradicionalni instrumenti. To liječnicima daje jasniju sliku područja tijela pacijenta koje žele pregledati.
Potpuno mekana robotska odjeća koja ljudima može pomoći u kretanju korak je bliže stvarnosti razvojem novog fleksibilnog i laganog sustava napajanja za meku robotiku.
Otkriće tima iz BristolaSveučilište, moglo bi otvoriti put nosivim pomoćnim uređajima za osobe s invaliditetom i one koji pate od degeneracije mišića povezane sa starenjem. Studija je objavljena danas uZnanost Robotika,
Nova tanka i lagana pumpa veličine kreditne kartice. Zasluge: Tim Helps, Sveučilište u Bristolu.
Mekani roboti izrađeni su od savitljivih materijala,koji se mogu rastezati i uvijati. Od ovih se materijala mogu stvoriti umjetni mišići koji se skupljaju kad se u njih pumpa zrak. Mekoća ovih mišića omogućuje upotrebu pomoćne odjeće. Međutim, do sada su ovi pneumatski umjetni mišići pokretani konvencionalnim elektromagnetskim (motornim) pumpama, koje su glomazne, bučne, složene i skupe.
Istraživači iz Bristol SoftLabai Laboratorij za robotiku Bristol, pod vodstvom profesora robotike Jonathana Rossitera, uspješno su demonstrirali novu elektro-pneumatsku pumpu koja je meka, fleksibilna, jeftina i jednostavna za proizvodnju.
U članku tim opisuje kako je novi softpumpa veličine kreditne kartice može pokretati umjetne mišiće zračnim mjehurom i pumpati tekućinu. Tim također iznosi svoje sljedeće korake kako bi snažnu odjeću pretvorio u stvarnost.
Isto tako, polimeri titana na bazi ugljikamože se koristiti u kombinaciji sa sintetičkim polimerima za stvaranje ultra tankih umjetnih mišića. Ova tehnologija prikazana je u umjetničkim reprodukcijama rasplesanih leptira, lepršavog lišća i rascvjetanog cvijeća na Korejskom naprednom institutu za znanost i tehnologiju.
Kako djeluju mekani roboti?
Mekani roboti posebno dizajnirani zaoponašanja života, često moraju biti izloženi cikličkom stresu kada se kreću ili obavljaju bilo koji drugi zadatak. Na primjer, u slučaju gore opisanog lampreya ili sipe poput robota, bila bi potrebna elektroliza vode i paljenje plina da bi se krenulo, što bi rezultiralo brzim širenjem kako bi se robot pokrenuo naprijed. Ovo ponavljanje i eksplozivno širenje i stezanje stvorit će intenzivno ciklično opterećenje na odabranom polimernom materijalu. Robota pod vodom u Europi bilo bi gotovo nemoguće popraviti ili zamijeniti, pa se mora paziti na odabir materijala i dizajna koji minimaliziraju pojavu i širenje pukotina od zamora. Konkretno, treba odabrati materijal s ograničenjem izdržljivosti ili frekvencijom amplitude naprezanja iznad koje karakteristika zamora polimera više ne ovisi o frekvenciji.
Budući da su mekani roboti izrađeni od mekogmaterijala, moraju se uzeti u obzir temperaturni učinci. Napon tečenja materijala smanjuje se s temperaturom, a kod polimernih materijala taj je učinak još izraženiji. Na sobnim i višim temperaturama, dugi lanci u mnogim polimerima mogu se protezati i kliziti jedan uz drugi, sprečavajući lokalnu koncentraciju naprezanja na jednom području i čineći materijal plastičnim. No većina polimera prolazi kroz duktilnu do krhku temperaturu prijelaza ispod koje nema dovoljno toplinske energije da dugi lanci reagiraju na taj duktilni način, a uništavanje je puno vjerojatnije. Vjeruje se da je tendencija da polimerni materijali postanu lomljivi na nižim temperaturama uzrok katastrofe Challenger shuttlea i treba je shvatiti vrlo ozbiljno, posebno za meke robote koji će se uvesti u medicinu. Duktilna do krhka prijelazna temperatura ne mora biti ono što se može smatrati "hladnom", a zapravo je karakteristika samog materijala, ovisno o kristalnosti, žilavosti, veličini bočne skupine (u slučaju polimera) i drugim čimbenicima .
Mane tehnologije
Meki roboti nisu bez svojih nedostataka.Točnije, znanstvenici su otkrili da se fluidni aktuatori - uređaji koji zapravo pokreću robote - sporo uključuju zbog same količine tekućine potrebne za kretanje ili zato što njihov protok usporavaju razne strukture unutar uređaja (kao što su cijevi i ventili ).
Međutim, istraživači s Harvarda se razvijajuraditi okolo. Imajući u vidu da savijanje takvih igračaka oslobađa puno energije, oni dizajniraju aktuatore s dva klizna poklopca, jedan u drugom. Kada se vanjska kapica napuše, pritisak se povećava prema unutarnjoj kapici. Kada se savije, oslobađanje energije pokreće uređaj.
Mekani roboti imaju taj potencijalproteže se do Marsa i natrag, a oni će nesumnjivo postati veliki dio društva u narednim godinama. Njihove su mogućnosti ograničene samo ljudskom maštom.
Mekani roboti i ljudi
Roboti mekog tijela nude priliku zasocijalne i taktilne interakcije između ljudi i robota, koje zahtijevaju pažljivo razmatranje mogućnosti neprimjerenih emocionalnih vezanosti, kao i osobno i socijalno destruktivno ponašanje korisnika. Etička pitanja vezana uz interakciju čovjek-robot i kako bi oni trebali doprinijeti dizajnu meke robotike u kontekstu socijalne interakcije raspravlja se u članku za časopis Soft Robotics.
Thomas Arnold i Matthias Schoitz, Sveučilište Tufts,Medford, Massachusetts, koautor je članka pod naslovom "Taktilna etika meke robotike: inteligentni dizajn za interakciju čovjek-robot". Istražuju širok raspon tema, uključujući sposobnost mekih robota da dodiruju i komuniciraju sa svojom okolinom, potencijalne rizike stvaranja jednosmjernih ljudskih emocionalnih veza s robotima i za što bi socijalni roboti trebali biti dizajnirani. Da bi ilustrirali neka etička pitanja povezana s mekom robotikom i potencijalnim rizicima za društvo, autori raspravljaju o primjeru seksualnih robota.
Liječnici Arnold i Schoitz predlažu tri uobičajenaprincip razvoja meke robotike u kontekstu društvene osobe i robota. Oni potiču zajednicu meke robotike da se pozabavi tim etičkim pitanjima kao načinom za poboljšanje kvalitete i učinkovitosti interakcije čovjek-robot. „Tehnologija mekog robota uskoro će nam donijeti strojeve koji izravno komuniciraju s ljudima; važno je da počnemo razmišljati o utjecaju koji oni mogu imati na socijalne situacije. Ovaj rad iznosi neka od ključnih pitanja i pruža izvrsne smjernice za ozbiljnu raspravu o odnosu čovjeka i robota, "zaključuje dr. Barry A. Trimmer, koji vodi Laboratorij za neuromehaniku i biomimetičke uređaje na Sveučilištu Tufts u Medfordu, Massachusetts. .
Pročitajte i
Stvorena je prva točna karta svijeta. Što nije u redu sa svima ostalima?
Pogledajte Hubbleove fotografije planetarnih maglica.
Fizičari su stvorili analog crne rupe i potvrdili Hawkingovu teoriju. Kamo vodi?