Хатні ўтульнасцьЗрабі сам

Штучныя мышцы сваімі рукамі: выраб і асаблівасці

Сучасныя робаты могуць многае. Але пры гэтым ім далёка да чалавечай лёгкасці і грацыёзнасць рухаў. І віна таму - недасканалыя штучныя мышцы. Навукоўцы многіх краін імкнуцца вырашыць гэтую праблему. Артыкул будзе прысвечана кароткага агляду іх дзіўных вынаходак.

Палімерныя мышцы ад сінгапурскіх вучоных

Крок да больш чалавекападобным робатам нядаўна зрабілі вынаходнікі з Нацыянальнага універсітэта Сінгапура. Сёння андроіды-цяжкавагавікі рухаюцца за кошт працы гідраўлічных сістэм. Істотны мінус апошніх - невялікая хуткасць. Штучныя ж мышцы для робатаў, прадстаўленыя Сынгапурскі навукоўцамі, дазваляюць кібаргаў не толькі падымаць прадметы, якія ў 80 разоў цяжэй іх уласнай вагі, але і рабіць гэта так жа хутка, як і чалавек.

Інавацыйная распрацоўка, расцягваецца ў даўжыню ў пяць разоў, дапамагае "абыйсці" робатам нават мурашак, якія, як вядома, могуць пераносіць прадметы ў 20 разоў цяжэй вагі іх уласнага цяля. Палімерныя мышцы валодаюць наступнымі вартасцямі:

  • гнуткасцю;
  • якая дзівіць трываласцю;
  • эластычнасцю;
  • здольнасцю змяняць сваю форму за некалькі секунд;
  • магчымасцю пераўтвараць кінэтычную энергію ў электрычную.

Аднак на гэтым навукоўцы не збіраюцца спыняцца - у іх планах стварыць штучную мускулатуру, якая б дазволіла робату падымаць груз, у 500 разоў цяжэй яго самога!

Адкрыццё з Гарварда - мышцы з электродаў і эластомера

Вынаходнікі, якія працуюць у Школе прыкладных і інжынерных навук Гарвардскага універсітэта, прадставілі якасна новыя штучныя мышцы для так званых "мяккіх" робатаў. Па словах навукоўцаў, іх дзецішча, якое складаецца з мяккага эластомера і электродаў, у чыім складзе вугляродныя нанатрубкі, па сваіх якасцях не саступае чалавечай мускулатуры!

Усе існуючыя на сёння робаты, як ужо гаварылася, маюць у сваёй аснове прывады, чый механізм - гэта гідраўліка або Пнеўматыка. Такія сістэмы працуюць за кошт сціснутага паветра або рэакцыі хімічных рэчываў. Гэта не дазваляе сканструяваць робата, такога ж мяккага і хуткага, як чалавек. Гарвардскі навукоўцы ліквідавалі гэты недахоп, стварыўшы якасна новы канцэпт штучных цягліц для робатаў.

Новая "мускулатура" кібаргаў - шматслаёвая структура, у якой электроды з нанотрубок, створаныя ў лабараторыі Кларка, кіруюць верхнімі і ніжнімі пластамі гнуткіх эластамераў, якія з'яўляюцца стварэннем навукоўцаў ужо з Каліфарнійскага універсітэта. Такія мышцы ідэальныя як для "мяккіх" андроідам, так і для лапараскапічных інструментаў у хірургіі.

На гэтым выдатным вынаходстве Гарвардскага навукоўцы не спыніліся. Адна з апошніх іх распрацовак - гэта біяробатаў-скат. Яго складнікі - клеткі сардэчных цягліц пацукоў, золата і сілікон.

Вынаходства групы Баухмана: яшчэ адзін від штучных цягліц на аснове вугляродных нанотрубок

Яшчэ ў 1999 г. у аўстралійскім гарадку Кірхберг на 13-й сустрэчы Міжнароднай зімовай школы па электронных уласцівасцях інавацыйных матэрыялаў выступіў з дакладам навуковец Рэй Баухман, які працуе ў кампаніі Allied Signal і які ўзначальвае міжнародную даследчую групу. Яго паведамленне было на тэму вырабу штучных цягліц.

Распрацоўшчыкі пад пачаткам Рэя Баухмана змаглі прадставіць вугляродныя нанатрубкі ў выглядзе лістоў нанобумага. Трубачкі ў гэтым вынаходстве былі ўсяляк пераплецены і пераблытаны паміж сабой. Сама нанобумага сваім выглядам нагадвала звычайную - яе магчыма было трымаць у руках, разрэзаць на палосы і кавалачкі.

Эксперымент групы з выгляду быў вельмі просты - навукоўцы прымацавалі кавалачкі нанобумага да розных бакоў клейкай стужкі і апусцілі гэтую канструкцыю ў салянай электраправоднасць раствор. Пасля таго як была ўключана слабовольтная батарэя, абедзве нанополоски падаўжэлі, асабліва тая, што была звязана з адмоўным полюсам электробатареи; затым папера выгнулася. Мадэль штучнай мышцы функцыянавала.

Сам Баухман лічыць, што яго вынаходства пасля якаснай мадэрнізацыі істотна зменіць роботехнику, бо такія вугляродныя мышцы пры згінанні / выпростванні ствараюць электрычны патэнцыял - вырабляюць энергію. Да таго ж такая мускулатура разы ў тры мацней чалавечай, можа функцыянаваць пры вельмі высокіх і нізкіх тэмпературах, выкарыстоўваючы для сваёй працы невысокую сілу току і напружання. Цалкам магчыма яе прымяненне і для пратэзавання чалавечых цягліц.

Тэхаскі універсітэт: штучныя мышцы з рыбалоўнай лёскі і швейных нітак

Адной з самых дзіўных з'яўляецца праца вучонай групы з Тэхаскага універсітэта, які размешчаны ў Даласе. Ёй удалося атрымаць мадэль штучнай мускулатуры, па сваёй сіле і магутнасці якая нагадвае рэактыўны рухавік - 7,1 л.з. / кг! Такія мышцы ў сотні разоў мацней і прадуктыўней чалавечых. Але самае дзіўнае тут тое, што іх сканструявалі з прымітыўных матэрыялаў - высокатрывалай лёскі з палімера і швейнай ніткі.

Харчаванне такой мышцы - гэта перапад тэмператур. Забяспечвае яго швейная нітка, пакрытая тонкім пластом металу. Аднак у будучыні мышцы робатаў могуць падсілкоўвацца ад перападаў тэмператур навакольнага іх асяроддзя. Гэта ўласцівасць, дарэчы, цалкам можна ўжываць для адаптуюцца да надвор'я адзення і іншых падобных прылад.

Калі скручваць палімер ў адзін бок, то ён будзе рэзка сціскацца пры награванні і хутка расцягвацца пры астуджэнні, а калі ў іншую - то ў корані наадварот. Такая няхітрая канструкцыя можа, напрыклад, круціць габарытны ротар з хуткасцю 10 тыс. Зваротаў / мін. Плюс такіх штучных цягліц з лёскі у тым, што яны здольныя скарачацца да 50% ад сваёй зыходнай даўжыні (чалавечыя толькі на 20%). Акрамя гэтага, іх адрознівае дзіўная цягавітасць - гэтая мускулатура не «стамляецца" нават пасля мільённага паўтарэння дзеянні!

Ад Тэхаса да Амура

Адкрыццё навукоўцаў з Даласа натхніла нямала навукоўцаў з усяго свету. Паспяхова паўтарыць іх вопыт, аднак, удалося толькі аднаму роботехнику - Аляксандру Мікалаевічу Сёмачкіна, на чале лабараторыі інфармацыйных тэхналогій пры БДПУ.

Спачатку вынаходнік цярпліва чакаў новых артыкулаў у Science аб масавым укараненні ў жыццё вынаходкі амерыканскіх калегаў. Бо гэтага не адбывалася, амурскі навуковец вырашыў са сваімі аднадумцамі паўтарыць выдатны вопыт і стварыць сваімі рукамі штучныя мышцы з меднага дроту і рыбалоўнай лёскі. Але, на жаль, копія аказалася нежыццяздольнай.

Натхненне з "Сколкава"

Вярнуцца да амаль занядбаным доследам Аляксандра Сёмачкіна прымусіў выпадак - вучоны трапіў на роботехническую канферэнцыю ў "Сколкава", дзе пазнаёміўся з аднадумцам з Зеленаграда, кіраўніком кампаніі "Нейроботикс". Як аказалася, інжынеры гэтай фірмы таксама занятыя стварэннем цягліц з лясок, якія цалкам сабе жыццяздольныя.

Вярнуўшыся на радзіму, Аляксандр Мікалаевіч з новымі сіламі ўзяўся за работу. За паўтара месяца ён змог не толькі сабраць працаздольныя штучныя мышцы, але і стварыць машыну для іх скручвання, якая рабіла віткі лёскі строга паўтаранымі.

Дабравешчанская штучная мускулатура

Каб стварыць пяцісантыметровым цягліцу, А. Н. Сёмачкіна трэба некалькі метраў дроту і 20 см звычайнай рыбалоўнай лёскі. Апарат па "вытворчасці" мускулатуры, дарэчы, надрукаваны на 3D-друкарцы, скручвае мышцу на працягу 10 хвілін. Затым канструкцыю на паўгадзіны змяшчаюць у печ, распаленую да 180 градусаў па Цэльсіі.

Прывесці ў дзеянне такую мышцу можна пры дапамозе электратоку - досыць падлучыць яго крыніца да дроце. У выніку яна пачынае награвацца і перадаваць сваё цяпло ляску. Апошняя выцягваецца або скарачаецца - у залежнасці ад выгляду мышцы, якую скруціў апарат.

планы вынаходніка

Новы праект Аляксандра Сёмачкіна - "навучыць" створаныя мышцы хутчэй вяртацца ў зыходны стан. Гэтаму можа дапамагчы хуткае астуджэнне сілкавальнай дроту - вучоны мяркуе, што такі працэс будзе хутчэй адбывацца пад вадой. Пасля таго як падобная цягліца будзе атрымана, першым яе ўладальнікам стане Искандерус - антрапаморфны робат БДПУ.

Навуковец не трымае сваё вынаходніцтва ў таямніцы - выкладвае ролікі на "ютубе", а таксама плануе напісаць артыкул з падрабязнай інструкцыяй па стварэнні машынкі, скручвацца мышцы з лёскі і дроту.

Час не стаіць на месцы - штучныя мышцы, аб якіх мы вам расказалі, ужо ўжываюцца ў хірургіі для правядзення энда- і лапараскапічных аперацый. А ў лабараторыі "Дысней" з іх удзелам сабралі функцыянуе руку.

Similar articles

 

 

 

 

Trending Now

 

 

 

 

Newest

Copyright © 2018 be.birmiss.com. Theme powered by WordPress.