Mik azok a soft robotok?
A puha robotika a robotika egy sajátos ága, amely azzal foglalkozik
A puha robotika nagyban függ attólhogy az élő szervezetek hogyan mozognak és alkalmazkodnak a környezetükhöz. A merev anyagokból épített robotokkal ellentétben a puha robotok nagyobb rugalmasságot és alkalmazkodóképességet biztosítanak a feladatok végrehajtásához, valamint fokozzák a biztonságot az emberekkel való munkavégzés során. Ezek a tulajdonságok lehetővé teszik az orvostudományban és az iparban való alkalmazását.
A puha robotika elsősorban tervezteljesen puha anyagokból készült robotok. Ennek eredményeként a kapott robotok gerincteleneknek, például férgeknek vagy polipoknak tűnnek. Az ilyen robotok mozgásának szimulálása nehéz feladat. Az a tény, hogy az ilyen folyamatokhoz a kontinuum mechanika módszereit kell alkalmazni. Ezért hívják néha a lágy robotokat folytonos robotoknak.
Emlékezzünk vissza, kontinuummechanika - szakaszmechanika, kontinuumfizika és kondenzált anyag fizika, amelyek a gáznemű, folyékony és deformálható szilárd anyagok mozgásának, valamint az ilyen testekben történő erőkölcsönhatásoknak szentelték.
Lágy és kemény robotok hibridjei
A biológiai jelenségek tanulmányozásához a tudósok lágy robotokat hoznak létre az élőlények képében, és olyan kísérleteket végeznek, amelyeket nehéz valós szervezeteken végrehajtani.
Vannak azonban olyan merev robotok, amelyek képesek folyamatos deformálódásra is, például a kígyórobot.
Lágy szerkezetek használhatók részekéntnagyobb merev robot. A tárgyak megfogására és kezelésére szolgáló robotlágy effektorok előnyt jelentenek. A lényeg az, hogy nem roncsolják a törékeny tárgyakat.
Hibrid soft-hard létrehozása is lehetségesrobotok, amelyek belső merev kerettel és külső puha elemekkel rendelkeznek. A puha elemeknek számos funkciója lehet: mind az állati izmokhoz hasonló működési mechanizmusok, mind a párnázó anyagok a biztonság érdekében az emberrel való ütközés során.
Egy kerekes robot puha lábakkal, és képes a talajon mozogni.
Fotó: Ali Sadeghi, Alessio Mondini, Emanuela Del Dottore, Anand Kumar Mishra és Mazzolai Barbara
A puha robotok bármilyen formára hajlíthatókforma. Nagyon puha anyagból készültek, beleértve a nanoanyagokat is. Emiatt jobban hasonlítanak az emberi testrészekhez, például az izmokhoz. Sőt, azt is mondhatnánk, hogy ezek a robotok szinte életre kelnek a nanoanyagok segítségével.
A puha robotok terén végzett sok kutatás ellenére a mérnökök még mindig útjuk elején járnak. A szakértők azonban azt jósolják, hogy 2024-re piacuk eléri a 2,16 milliárd dollárt.
Miben különböznek a lágy robotok a hagyományos robotoktól?
A fém robotok sokkal korlátozottabbak. A sebességet és a pontosságot szem előtt tartva tervezték, így ideálisak olyan dolgokhoz, mint a futószalag. De nem annyira univerzálisak.
A lágy robotok különböznek az ipari illegyüttműködő robotok, mivel felépítésük puha, hajlékony anyagokból készül. Kialakításuk nagyon különbözik a robotok bármely más formájától, és a hasonlóan puha robotok nagyon különböző funkciókat látnak el.
A legtöbb soft robot még mindig bent vana fejlesztés korai szakaszában, és a legelső lágy robotot 2011-ben George Hitesard Harvard professzora fejlesztette ki. Azóta drámaian megnőtt a soft robotok száma és típusa. Bár tényleges kereskedelmi életképességük több évre lehet, mégis izgalmas, nagy potenciállal rendelkező technológiát képviselnek.
Soft robotok - izgalmas újítás a világonrobotika. A fenti öt típusú lágy robotnak a legnagyobb kereskedelmi potenciálja lehet a jelenleg fejlesztés alatt álló lágy robotok összes típusa közül.
Az ipari vagy az együttműködő robotokkal ellentétben a soft robotok sokféle alkalmazást kínálnak.
Hogyan használják a lágy robotokat?
A lágy robotok vonzereje rugalmasságukban és sokoldalúságukban rejlik.
6 ígéretes típusú puha robot
Sokféle puha robot létezik, de 6 különböző alkalmazás kínálkozik a legnagyobb kereskedelmi potenciállal.
- Robotizmok: több típus fejlesztése folyik jelenlegpuha robotok, amelyek robotizomként működnek. Az egyik legígéretesebb prototípus az origamiból merít ihletet. Összehajtott szerkezete saját súlyának 1000-szeresét képes megemelni, és néhány milliméterről egy méteresre skálázódik, ráadásul a tudósok most azon dolgoznak, hogy nanoméretű robotokat hozzanak létre DNS-ből.
- Hegymászó robotok:az ilyen típusú robotoknak sok lehetőségük vanalkalmazások az épület ellenőrzésétől és karbantartásától a kutatási és mentési műveletekig. A puha mászó robotok egyik változata ívelt kialakítású, hasonlóan a hernyóhoz. Ez lehetővé teszi számára, hogy különböző méretű struktúrákat mászhasson fel és le.
- Ehető robotok. Az első ilyen robotprojekt a Philadelphia iskolai csapata készítette az éves Soft Robotics versenyre. Ezek a biológiailag lebomló robotok biztonságosan juttathatnak gyógyszereket a test különböző részeibe.
- Viselhető robotok.Ezek a biomimetikus eszközök segíthetnekfizikai rehabilitáció alatt álló beteg. A puha robot utánozza a test természetes mozgását, bárhol is van, segítve a beteget a normális motoros működés helyreállításában.
- Protetikus robotok.Lágy robotokkal lehet létrehoznikiváló protézisek olyan emberek számára, akiknek hiányzó végtagjai vagy testrészei. Gyakran a lágy robotikai technológiát használják a protézis kéz végén, hogy finomabban és precízebben ragadják meg a tárgyakat.
- Űrhajós robotok. A NASA tudósai azt sugallják, hogy egy napon a Mars felszínén fognak repülni. Mások már olyan robotokat terveznek, amelyek az emberi test legnehezebben elérhető részein fognak dolgozni.
Bár puha robotok is használhatókipari környezetek - különösen mint együttműködő robotok (más néven "kobotok"), akik emberekkel dolgoznak, aligha korlátozódnak erre.
A világ első puha, autonóm robotja
2016-ban a harvardi tudósok használtákfolyékony szilikon gumi az Octobot, a világ első puha autonóm robotjának fejlesztéséhez. A polipok által ihletett puha robotok képesek pörögni és leküzdeni azokat az akadályokat, amelyeket az éles, merev fémrobotok – például a „The Terminator” vagy a „Star Wars” című filmekben bemutatottak – esetleg nem tudnak.
Meglepő módon az Octobot olcsóbb gyártása,mint egy tejeskávé, és tankolása csak 5 centbe kerül. Elképzelhető, hogy olcsó, lágy robotok százait küldik a helyszín kivizsgálására, az akadályok és a szűk keresztmetszetek leküzdésére, hogy segítsék a mentési műveletet.
„A puha robotika fő célja nem az alkotásultrapontos gépek, mert már megvannak ”- mondta Jada Gerboni orvosbiológiai mérnök 2018-as TED-beszélgetésében. "És hogy a robotok képesek legyenek ellenállni a való világ váratlan helyzeteinek."
Puha robotok az orvostudományban
A puha robotok használhatóksebészeti és orvosi műszerek (különösen endoszkópok). Előnyük, hogy könnyebben mozognak a testszerkezeteken, mint a hagyományos hangszerek. Ezáltal az orvosok tisztább képet kapnak a beteg testének azon területéről, amelyet meg akarnak vizsgálni.
A teljesen puha robotruházat, amely elősegítheti az emberek mozgását, egy lépéssel közelebb kerül a valósághoz, a puha robotika új rugalmas és könnyű energiarendszerének kifejlesztésével.
A felfedezést egy bristoli csapat készítetteAz egyetem megnyithatja az utat a fogyatékkal élők és az időskori izomdegenerációban szenvedők számára hordható segédeszközök felé. A tanulmányt ma tették közzéTudományos robotika.
Új vékony és könnyű hitelkártya méretű szivattyú. Hitel: Tim Helps, Bristoli Egyetem.
A puha robotok rugalmas anyagokból készülnek,amely nyújthat és csavarodhat. Ezekből az anyagokból mesterséges izmok készíthetők, amelyek összehúzódnak, amikor levegőt pumpálnak beléjük. Ezen izmok puhasága lehetővé teszi a támogató ruházat használatát. Ezeket a pneumatikus mesterséges izmokat azonban eddig hagyományos elektromágneses (motoros) szivattyúk hajtották, amelyek terjedelmesek, zajosak, összetettek és drágák.
A Bristol SoftLab kutatóiés a Bristol Robotikai Laboratórium, Jonathan Rossiter robotika professzor vezetésével, sikeresen bemutatott egy új, puha, rugalmas, olcsó és könnyen gyártható elektro-pneumatikus szivattyút.
A cikkben a csapat leírja, hogy az új puhaA hitelkártya méretű szivattyú képes mesterséges izmokat mozgatni léghólyaggal és szivattyúfolyadékkal. A csapat felvázolja a következő lépéseit is, hogy az erőteljes ruházat valósággá váljon.
Hasonlóképpen, szénalapú titánpolimerekszintetikus polimerekkel kombinálva ultra vékony mesterséges izmok létrehozására használható. Ezt a technológiát a koreai Tudományos és Technológiai Intézetben táncoló pillangók, csapkodó levelek és virágzó virágok művészeti reprodukcióiban mutatták be.
Hogyan működnek a lágy robotok?
Kifejezetten azokhoz tervezett lágy robotokéletutánzatok, gyakran ciklikus stresszt kell tapasztalniuk mozgáskor vagy bármilyen más feladat végrehajtása során. Például a fentiekben leírt mocsári vagy tintahal-szerű robot esetében a víz elektrolízisére és a gáz meggyújtására lenne szükség a mozgáshoz, ami gyors terjeszkedést eredményezne a robot előremozdításához. Ez az ismétlődő és robbanásszerű tágulás és összehúzódás intenzív ciklikus terhelést eredményez a kiválasztott polimer anyagon. Az Európában egy víz alatti robotot szinte lehetetlen megjavítani vagy kicserélni, ezért ügyelni kell arra, hogy olyan anyagot és kialakítást válasszanak, amely minimalizálja a fáradtsági repedések megjelenését és terjedését. Különösen olyan anyagot kell választani, amelynek tartóssági határértéke vagy feszültségamplitúdó-frekvenciája meghaladja a polimer fáradási jellemzőit a frekvenciától.
Mivel a puha robotok puhákból készülnekanyagokat, a hőmérsékleti hatásokat figyelembe kell venni. Az anyag folyási feszültsége a hőmérséklet függvényében csökken, és a polimer anyagokban ez a hatás még hangsúlyosabb. Szobában és magasabb hőmérsékleten a hosszú láncok sok polimerben megnyúlhatnak és egymáson csúszhatnak, megakadályozva a helyi feszültségkoncentrációt egy területen és műanyaggá téve az anyagot. De a legtöbb polimer alakítható-törékeny átmeneti hőmérsékleten megy keresztül, amely alatt nincs elegendő hőenergia ahhoz, hogy a hosszú láncok reagáljanak ilyen alakítható módon, és a pusztulás sokkal valószínűbb. Úgy gondolják, hogy a polimer anyagok alacsony hőmérsékleten törékennyé válnak, ez okozza a Challenger shuttle katasztrófáját, és nagyon komolyan kell venni, különösen az orvostudományba bevezetendő puha robotok esetében. A képlékeny-törékeny átmeneti hőmérsékletnek nem kell olyannak lennie, amelyet "hidegnek" lehet tekinteni, és valójában maga az anyag jellemzője, függően annak kristályosságától, szívósságától, az oldalcsoport méretétől (polimerek esetében) és egyéb tényezők.
A technológia hátrányai
A puha robotoknak nincsenek hátrányai.Konkrétan a tudósok felfedezték, hogy a folyadék-aktorok – azok az eszközök, amelyek valójában a robotokat mozgatják – lassan kapcsolnak be a mozgáshoz szükséges folyadékmennyiség miatt, vagy mert áramlásukat az eszközön belüli különféle szerkezetek (például csövek és szelepek) lassítják. ).
A Harvard kutatói azonban fejlődnekkerülő megoldás. Figyelembe véve, hogy az ilyen játékok hajlítása rengeteg energiát szabadít fel, két kihúzható fedéllel rendelkező hajtóművet terveznek, az egyiket a másikban. A külső kupak felfújásakor a nyomás nő a belső kupakkal szemben. Ha hajlik, az energia felszabadulása mozgásba hozza az eszközt.
A lágy robotok képesek errekiterjed a Marsra és vissza, és az elkövetkező években kétségtelenül a társadalom nagy részévé válnak. Képességeiket csak az emberi képzelet korlátozza.
Lágy robotok és emberek
Puha testű robotok kínálják a lehetőségettársadalmi és tapintható interakciók az emberek és a robotok között, amelyek alapos megfontolást igényelnek a nem megfelelő érzelmi kötődések lehetőségének, valamint a felhasználók személyes és társadalmilag romboló magatartásának. Az ember-robot interakcióval kapcsolatos etikai kérdéseket és azt, hogy miként kell hozzájárulniuk a puha robotika tervezéséhez a társadalmi interakció összefüggésében, a Soft Robotics folyóirat egyik cikke tárgyalja.
Thomas Arnold és Matthias Schoitz, a Tufts Egyetem,Medford, Massachusetts, társszerzője "A puha robotika tapintható etikája: intelligens tervezés az ember-robot interakcióhoz" címmel. Témák széles skáláját vizsgálják, beleértve a soft robotok képességét, hogy megérintsék és kölcsönhatásba lépjenek környezetükkel, az egyirányú emberi érzelmi kapcsolatok kialakításának potenciális kockázatait a robotokkal, és mire kell tervezni a szociális robotokat. A puha robotikával kapcsolatos egyes etikai kérdések és a társadalmat érintő lehetséges kockázatok illusztrálásához a szerzők a szexrobotok példáját tárgyalják.
Arnold és Schoitz orvosok három közöset javasolnaka puha robotika kifejlesztésének elve egy társadalmi ember és egy robot összefüggésében. Arra ösztönzik a puha robotikai közösséget, hogy foglalkozzon ezekkel az etikai kérdésekkel az emberi-robot interakció minőségének és hatékonyságának javításának egyik módjaként. „A puha robot technológia hamarosan olyan gépeket hoz elénk, amelyek közvetlenül érintkeznek az emberrel; fontos, hogy gondolkodni kezdjünk arról, milyen hatással lehetnek azok a társadalmi helyzetekre. Ez a cikk néhány kulcsfontosságú kérdést vázol fel, és kiváló útmutatást nyújt az ember és a robot kapcsolatának komoly megvitatásához. " .
Olvassa el
Létrehozták az első pontos világtérképet. Mi a baj mindenki mással?
Nézze meg a bolygó ködök Hubble-fotóit.
A fizikusok létrehozták a fekete lyuk analógját, és megerősítették Hawking elméletét. Hova vezet?