Les robots modernes peuvent faire beaucoup. Mais en même temps, ils sont loin de l'aisance humaine et de la grâce des mouvements. Et la faute est - des muscles artificiels imparfaits. Des scientifiques de nombreux pays tentent de résoudre ce problème. L'article sera consacré à un bref aperçu de leurs étonnantes inventions.
Muscles polymères des scientifiques de Singapour
Un pas vers plus de robots humanoïdes a récemment été franchi par des inventeurs de l'Université nationale de Singapour. Aujourd'hui, les androïdes lourds sont alimentés par des systèmes hydrauliques. Un inconvénient important de ce dernier est la faible vitesse. Des muscles artificiels pour robots, présentés par des scientifiques singapouriens, permettent aux cyborgs non seulement de soulever des objets 80 fois plus lourds que leur propre poids, mais aussi de le faire aussi rapidement qu'une personne.
Une conception innovante qui s'étire cinq fois en longueur aide les robots à "se déplacer" même les fourmis, qui sont connues pour être capables de transporter des objets 20 fois plus lourds que le poids de leur propre corps. Les muscles polymères présentent les avantages suivants:
- flexibilité;
- force de frappe;
- élasticité;
- la possibilité de changer sa forme en quelques secondes;
- la capacité de convertir l'énergie cinétique en énergie électrique.
Cependant, les scientifiques ne vont pas s'arrêter là: ils prévoient de créer des muscles artificiels qui permettraient au robot de soulever une charge 500 fois plus lourde que lui !
Découverte de Harvard - muscles des électrodes et de l'élastomère
Des inventeurs qui travaillent à la School of Applied and Engineering Sciences de l'Université de Harvard ont présenté des muscles artificiels qualitativement nouveaux pour les robots dits "mous". Selon les scientifiques, leur idée originale, composée d'un élastomère souple et d'électrodes contenant des nanotubes de carbone, n'est pas de qualité inférieure aux muscles humains !
Tous les robots qui existent aujourd'hui, comme déjà mentionné, sont basés sur des entraînements, dont le mécanisme est hydraulique ou pneumatique. Ces systèmes sont alimentés par de l'air comprimé ou la réaction de produits chimiques. Cela rend impossible la construction d'un robot aussi doux et rapide qu'un humain. Les scientifiques de Harvard ont éliminé cette lacune en créant un nouveau concept qualitatif de muscles artificiels pour robots.
Le nouveau "muscle" cyborg est une structure multicouche dans laquelle des électrodes de nanotubes créées dans le laboratoire de Clark contrôlent les couches supérieure et inférieure d'élastomères flexibles, une idée originale de scientifiques de l'Université de Californie. De tels musclesidéal pour les androïdes "mous" et les instruments laparoscopiques en chirurgie.
Les scientifiques de Harvard ne se sont pas arrêtés à cette merveilleuse invention. L'un de leurs derniers développements est un biorobot Stingray. Ses composants sont des cellules musculaires cardiaques de rat, de l'or et du silicone.
L'invention du groupe Bauchmann: un autre type de muscle artificiel à base de nanotubes de carbone
De retour en 1999 dans la ville australienne de Kirchberg lors de la 13e réunion de l'École internationale d'hiver sur les propriétés électroniques des matériaux innovants, le scientifique Ray Bauchman, qui travaille chez Allied Signal et dirige un groupe de recherche international, a fait un présentation. Son article parlait de la fabrication de muscles artificiels.
Les développeurs menés par Ray Bauchman ont pu imaginer des nanotubes de carbone sous forme de feuilles de nanopapier. Les tubes de cette invention étaient de toutes les manières possibles entrelacés et mélangés les uns aux autres. Le nanopapier lui-même ressemblait à du papier ordinaire dans son apparence - il pouvait être tenu dans les mains, coupé en bandes et en morceaux.
L'expérience du groupe était très simple en apparence: les scientifiques ont attaché des morceaux de nanopapier sur différents côtés d'un ruban adhésif et ont abaissé cette structure dans une solution salée conductrice d'électricité. Après la mise sous tension de la batterie basse tension, les deux nanobandes se sont allongées, en particulier celle connectée au pôle négatif de la batterie électrique; puis le papier s'est recroquevillé. Le modèle de muscle artificiel a fonctionné.
Bauhman lui-même estime que son invention après une modernisation qualitativetransformera considérablement la robotique, car ces muscles en carbone, lorsqu'ils sont fléchis / étendus, créent un potentiel électrique - ils produisent de l'énergie. De plus, ces muscles sont trois fois plus forts que l'homme, peuvent fonctionner à des températures extrêmement élevées et basses, en utilisant un courant et une tension faibles pour leur travail. Il est tout à fait possible de l'utiliser pour des prothèses de muscles humains.
Université du Texas: muscles artificiels fabriqués à partir de fil de pêche et de fil à coudre
L'un des plus frappants est le travail d'une équipe de recherche de l'Université du Texas, située à Dallas. Elle a réussi à obtenir un modèle de muscles artificiels, dont la force et la puissance rappellent un moteur à réaction - 7,1 ch / kg! Ces muscles sont des centaines de fois plus forts et plus productifs que les humains. Mais la chose la plus étonnante ici est qu'ils ont été construits à partir de matériaux primitifs - une ligne de pêche en polymère à haute résistance et du fil à coudre.
La nutrition d'un tel muscle est une différence de température. Il est assuré par un fil à coudre recouvert d'une fine couche de métal. Cependant, à l'avenir, les muscles des robots pourraient être alimentés par les changements de température de leur environnement. Cette propriété, soit dit en passant, pourrait bien s'appliquer aux vêtements adaptés aux intempéries et autres dispositifs similaires.
Si le polymère est tordu dans une direction, il rétrécira fortement lorsqu'il sera chauffé et s'étirera rapidement lorsqu'il sera refroidi, et s'il est tordu dans la direction opposée, il sera complètement opposé. Une conception aussi simple peut, par exemple, faire tourner un rotor global à une vitesse de 10 000 tours / min. De plus telmuscles artificiels de la ligne de pêche en ce qu'ils sont capables de se contracter jusqu'à 50% de leur longueur d'origine (l'homme seulement de 20%). De plus, ils se distinguent par une endurance incroyable - ce muscle ne "se fatigue" pas même après un million de répétitions de l'action !
Du Texas à l'Amour
La découverte des scientifiques de Dallas a inspiré de nombreux scientifiques du monde entier. Cependant, un seul roboticien a réussi à répéter son expérience avec succès - Alexander Nikolaevich Semochkin, chef du laboratoire de technologie de l'information à l'Université pédagogique d'État de Biélorussie.
Au début, l'inventeur a patiemment attendu de nouveaux articles dans Science sur la mise en œuvre massive de l'invention de collègues américains. Comme cela ne s'est pas produit, le scientifique de l'Amour a décidé avec ses personnes partageant les mêmes idées de répéter la merveilleuse expérience et de créer de leurs propres mains des muscles artificiels à partir de fil de cuivre et de fil de pêche. Mais, hélas, la copie n'était pas viable.
Inspiration de Skolkovo
Retour à des expériences presque abandonnées Alexander Semochkin a été forcé par un hasard - le scientifique s'est rendu à une conférence sur la robotique à Skolkovo, où il a rencontré une personne partageant les mêmes idées de Zelenograd, à la tête de la société Neurobotics. Il s'est avéré que les ingénieurs de cette société sont également occupés à créer des muscles à partir de lignes de pêche, ce qui est tout à fait viable.
De retour dans son pays natal, Alexandre Nikolaïevitch se mit au travail avec une vigueur renouvelée. En un mois et demi, il a pu non seulement assembler des muscles artificiels fonctionnels, mais aussi créer une machine pour les tordre, qui fabriquait des bobines de fil de pêche.strictement reproductible.
Annonciation musculature artificielle
Pour créer un muscle de cinq centimètres, A. N. Semochkin a besoin de plusieurs mètres de fil et de 20 cm de ligne de pêche ordinaire. Une machine de "production" musculaire imprimée en 3D, soit dit en passant, tord un muscle en 10 minutes. Ensuite, la structure est placée dans un four chauffé à +180 degrés Celsius pendant une demi-heure.
Vous pouvez activer un tel muscle à l'aide d'un courant électrique - connectez simplement sa source au fil. En conséquence, il commence à chauffer et à transférer sa chaleur à la ligne de pêche. Ce dernier est étiré ou contracté - selon le type de muscle que l'appareil a tordu.
Plans de l'inventeur
Le nouveau projet d'Alexander Semochkin consiste à "apprendre" aux muscles créés à revenir plus rapidement à leur état d'origine. Cela peut être aidé par le refroidissement rapide du fil d'alimentation - le scientifique suggère qu'un tel processus se produira plus rapidement sous l'eau. Après l'obtention d'un tel muscle, Iskanderus, un robot anthropomorphe de l'Université pédagogique d'État biélorusse, en deviendra le premier propriétaire.
Le scientifique ne garde pas son invention secrète - il publie des vidéos sur YouTube et prévoit également d'écrire un article contenant des instructions détaillées pour créer une machine qui tord les muscles de la ligne et du fil de pêche.
Le temps ne s'arrête pas - les muscles artificiels dont nous vous avons parlé sont déjà utilisés en chirurgie pour endo- etopérations laparoscopiques. Et dans le laboratoire "Disney" avec leur participation, ils ont assemblé une main fonctionnelle.
