En un gran avenç de la robòtica, s'han dissenyat amb èxit per primera vegada robots amb músculs "tous" semblants als humans. Aquests robots suaus poden ser una gran ajuda per dissenyar robots amigables amb els humans en el futur.
Els robots són màquines programables que s'utilitzen habitualment en aplicacions industrials, per exemple com a part de l'automatització, especialment la fabricació, perquè estan dissenyades per ser bones en tasques repetitives que requereixen molta força i potència. robots interactuen amb el món físic mitjançant sensors i actuadors i són reprogramables fent-los més útils i flexibles que les màquines rutinàries d'una sola funció. És obvi per la forma en què aquests robots estan dissenyats per fer la feina que els seus moviments són extremadament rígids, de vegades bruscos, semblants a una màquina i són pesats, imponents i no són útils quan una tasca concreta requereix quantitats variables de força en diferents moments. punts. Els robots també són de vegades perillosos i poden necessitar tancaments segurs, ja que no són sensibles al seu entorn. El camp de la robòtica està explorant una varietat de disciplines per dissenyar, construir, programar i utilitzar de manera eficient màquines robòtiques en diverses àrees de la indústria i la tecnologia mèdica amb diferents requisits.
En estudis recents de bessons dirigits per Christoph Keplinger, els investigadors han adaptat robots amb una nova classe de músculs que són molt similars als nostres músculs humans i que posseeixen i projecten força i sensibilitat igual que nosaltres. La idea central és oferir més "natural” moviments a la màquina és a dir, robots. El 99.9 per cent de tots els robots actuals són màquines rígides fetes d'acer o metall, mentre que un cos biològic és tou, però té capacitats increïbles. Aquests robots amb músculs "tous" o "més reals" es poden dissenyar adequadament per realitzar tasques rutinàries i delicades (que els músculs humans realitzen diàriament), per exemple només recollir una fruita tova o posar un ou dins d'una cistella. En comparació amb els robots tradicionals, els robots equipats amb "músculs artificials' serà com una versió "més suau" d'ells mateixos i més segurs i després es podrien personalitzar per realitzar gairebé qualsevol tasca a prop de les persones, suggerint diverses aplicacions possibles associades amb i al voltant de la vida humana. Els robots tous es podrien anomenar robots "col·laboratius", ja que estaran dissenyats de manera única per dur a terme una tasca particular d'una manera molt similar a la d'un humà.
Els investigadors han intentat crear robots musculars tous. Aquest robot necessitarà un suau múscul tecnologia per suplantar els músculs humans i dos d'aquestes tecnologies han estat provades pels investigadors: actuadors pneumàtics i actuadors d'elastòmer dielèctric. L'"actuador" es defineix com el dispositiu real que mou el robot, o el robot mostra un moviment determinat. En els actuadors pneumàtics, una bossa suau es bombeja amb gasos o fluids per crear un moviment particular. Aquest és un disseny senzill però potent encara que les bombes no són pràctiques i tenen dipòsits voluminosos. La segona tecnologia: els actuadors d'elastòmer dielèctric utilitzen el concepte d'aplicar un camp elèctric a través d'un plàstic flexible aïllant per deformar-lo i crear així un moviment. Aquestes dues tecnologies per si soles encara no han tingut èxit perquè quan un raig d'electricitat passa pel plàstic, aquests dispositius fallen miserablement i, per tant, no són resistents als danys mecànics.
Més “humà com” robots amb músculs semblants
En els estudis de bessons reportats a ciència1 i Ciències Robòtica2, els investigadors van prendre els aspectes positius de les dues tecnologies de músculs tous disponibles i van crear un actuador senzill semblant a un múscul tou que utilitza electricitat per alterar el moviment dels líquids dins de petites bosses. Aquestes bosses de polímer flexible contenen un líquid aïllant, per exemple un oli normal (oli vegetal o oli de canola) del supermercat, o qualsevol líquid similar es pot utilitzar. Una vegada que s'aplicava tensió entre els elèctrodes d'hidrogel col·locats entre els dos costats de la bossa, els costats s'apropaven, es produeix un espasme d'oli, que apreta el líquid que hi ha dins i fa que flueixi per dins de la bossa. Aquesta tensió crea una contracció muscular artificial i un cop tallada l'electricitat, l'oli torna a relaxar-se, imitant un artificial relaxació muscular. L'actuador canvia de forma d'aquesta manera i l'objecte que està connectat a l'actuador mostra un moviment. Per tant, aquest "múscul artificial" es contrau i s'allibera (flexió) a l'instant en mil·lisegons de la mateixa manera i amb la mateixa precisió i força dels músculs esquelètics humans reals. Aquests moviments fins i tot poden superar la velocitat de les reaccions musculars humanes perquè els músculs humans es comuniquen simultàniament amb el cervell provocant un retard, encara que imperceptible. Per tant, a través d'aquest disseny, es va aconseguir un sistema de fluids que disposava de control elèctric directe mostrant versatilitat i alt rendiment.
En el primer estudi1 in ciència, els actuadors es van dissenyar amb la forma d'un bunyol i tenien la capacitat i la destresa per recollir i subjectar una gerd a través d'una pinça robòtica (i sense explotar la fruita!). El possible dany que es va fer per un cargol d'electricitat quan passava a través del líquid aïllant (un problema important amb els actuadors dissenyats anteriorment) també es va tenir en compte en el disseny actual i qualsevol dany elèctric es va curar automàticament o reparar a l'instant amb només nous. flux de líquid a la part "danyada" mitjançant un procés senzill de redistribució. Això es va atribuir a l'ús de material líquid, que és més resistent, en lloc d'una capa aïllant sòlida utilitzada en molts dissenys anteriors i que es va danyar a l'instant. En aquest procés, el múscul artificial va sobreviure a més d'un milió de cicles de contracció. Aquest actuador en particular, amb forma de donut, va poder escollir fàcilment un gerd. De la mateixa manera, adaptant la forma d'aquestes bosses elàstiques, els investigadors van crear una àmplia gamma d'accionadors amb moviments únics, per exemple, fins i tot agafant un ou fràgil amb precisió i força exacta requerida. Aquests músculs flexibles s'han anomenat actuadors "electrostàtics d'autocuració amb amplificació hidràulica" o actuadors HASEL. En un segon estudi2 publicat en Robòtica científicaEl mateix equip va crear dos altres dissenys de músculs tous que es contrauen linealment, molt semblants a un bíceps humà, tenint així la capacitat d'aixecar repetidament objectes més pesants que el seu propi pes.
A L'opinió general és que, com que els robots són màquines, segurament haurien de tenir un avantatge sobre els humans, però, quan es tracta de les sorprenents habilitats que ens ofereixen els nostres músculs, es podria dir simplement que els robots palideixen en comparació. El múscul humà és extremadament poderós i el nostre cervell té un control extraordinari sobre els nostres músculs. Aquesta és la raó per la qual els músculs humans són capaços de realitzar tasques complicades amb precisió, per exemple, escriure. Els nostres músculs es contrauen i es relaxen repetidament quan fem una tasca pesada i es diu que en realitat només fem servir al voltant del 65 per cent de la capacitat dels nostres músculs i aquest límit el estableix principalment el nostre pensament. Si ens imaginem un robot que tingui músculs tous semblants als humans, la força i les capacitats serien enormes. Aquests estudis es veuen com un primer pas per desenvolupar un actuador que un dia podria assolir les enormes capacitats dels músculs biològics reals.
Robòtica "suau" rendible
Els autors diuen que materials com les bosses de polímer de patates fregides, l'oli i fins i tot els elèctrodes són econòmics i fàcilment disponibles, amb un cost de només 0.9 USD (o 10 cèntims). Això és encoratjador per a les unitats de fabricació industrial actuals i per als investigadors per millorar la seva experiència. Els materials de baix cost són escalables i compatibles amb les pràctiques actuals de la indústria i aquests dispositius es podrien utilitzar per a diverses aplicacions, com ara dispositius protèsics o com a company humà. Aquest és un aspecte especialment interessant, ja que el terme robòtica sempre s'equipara a costos elevats. Un inconvenient associat a aquest múscul artificial és la gran quantitat d'electricitat necessària per al seu funcionament i també hi ha possibilitats de cremar-se si el robot reserva massa de la seva potència. Els robots tous són molt més delicats que els seus homòlegs de robots tradicionals fent que el seu disseny sigui més difícil, per exemple, les possibilitats de punxar, perdre potència i vessar l'oli. Aquests robots suaus definitivament necessiten algun aspecte d'autocuració, com ja ho fan molts alguns robots tous.
Els robots suaus eficients i robusts poden ser molt útils a les vides humanes, ja que poden complementar els humans i treballar amb ells com a robots "col·laboratius" en lloc de robots que substitueixen els humans. A més, els braços protèsics tradicionals podrien ser més suaus, agradables i sensibles. Aquests estudis són prometedors i si es pogués abordar l'alta demanda de potència, té el potencial de revolucionar el futur dels robots pel que fa al seu disseny i com es mouen.
***
Font (s)
1. Acome et al. 2018. Actuadors electrostàtics autocurables amplificats hidràulicament amb un rendiment semblant als músculs. Ciència. 359 (6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris et al. 2018. Actuadors Peano-HASEL: transductors electrohidràulics, mimètics musculars, que es contrauen linealment en activar-se. Robòtica científica. 3 (14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
***
