Los robots modernos pueden hacer mucho. Pero al mismo tiempo, están lejos de la facilidad humana y la gracia de los movimientos. Y la falla es: músculos artificiales imperfectos. Científicos de muchos países están tratando de resolver este problema. El artículo estará dedicado a una breve descripción de sus asombrosos inventos.
Músculos de polímero de científicos de Singapur
Inventores de la Universidad Nacional de Singapur dieron recientemente un paso hacia más robots humanoides. Hoy en día, los androides de peso pesado funcionan con sistemas hidráulicos. Una desventaja significativa de este último es la baja velocidad. Músculos artificiales para robots, presentados por científicos de Singapur, permiten a los cyborgs no solo levantar objetos que son 80 veces más pesados que su propio peso, sino también hacerlo tan rápido como una persona.
Un diseño innovador que se estira cinco veces en longitud ayuda a los robots a "desplazarse" incluso a las hormigas, que se sabe que pueden transportar objetos 20 veces más pesados que el peso de sus propios cuerpos. Los músculos de polímero tienen las siguientes ventajas:
- flexibilidad;
- fuerza de impacto;
- elasticidad;
- la capacidad de cambiar su forma en unos segundos;
- la capacidad de convertir la energía cinética en energía eléctrica.
Sin embargo, los científicos no van a detenerse ahí: ¡planean crear músculos artificiales que permitirían al robot levantar una carga 500 veces más pesada que él!
Descubrimiento de Harvard: músculos a partir de electrodos y elastómeros
Los inventores que trabajan en la Escuela de Ciencias Aplicadas e Ingeniería de la Universidad de Harvard han presentado músculos artificiales cualitativamente nuevos para los llamados robots "blandos". Según los científicos, su creación, que consta de un elastómero blando y electrodos, que incluyen nanotubos de carbono, no es inferior en calidad a los músculos humanos.
Todos los robots que existen hoy en día, como ya se ha dicho, se basan en accionamientos, cuyo mecanismo es hidráulico o neumático. Dichos sistemas funcionan con aire comprimido o la reacción de productos químicos. Esto hace que sea imposible construir un robot que sea tan suave y rápido como un humano. Los científicos de Harvard han eliminado esta deficiencia creando un concepto cualitativamente nuevo de músculos artificiales para robots.
El nuevo "músculo" cyborg es una estructura de varias capas en la que los electrodos de nanotubos creados en el laboratorio de Clark controlan las capas superior e inferior de elastómeros flexibles, una creación de científicos de la Universidad de California. Tales músculosideal tanto para androides "suaves" como para instrumentos laparoscópicos en cirugía.
Los científicos de Harvard no se detuvieron ante este maravilloso invento. Uno de sus últimos desarrollos es un biorobot stingray. Sus componentes son células de músculo cardíaco de rata, oro y silicona.
La invención del grupo Bauchmann: otro tipo de músculo artificial basado en nanotubos de carbono
En 1999, en la ciudad australiana de Kirchberg, en la 13ª reunión de la Escuela Internacional de Invierno sobre las Propiedades Electrónicas de los Materiales Innovadores, el científico Ray Bauchman, que trabaja en Allied Signal y dirige un grupo de investigación internacional, hizo una presentación. Su publicación trataba sobre la fabricación de músculos artificiales.
Los desarrolladores liderados por Ray Bauchman pudieron imaginar nanotubos de carbono en forma de láminas de nanopapel. Los tubos de esta invención estaban entrelazados y mezclados entre sí de todas las formas posibles. El nanopapel en sí se parecía al papel ordinario en su apariencia: se podía sostener con las manos, cortar en tiras y pedazos.
El experimento del grupo era muy simple en apariencia: los científicos unieron piezas de nanopapel a diferentes lados de la cinta adhesiva y bajaron esta estructura a una solución conductora de electricidad salada. Después de encender la batería de bajo voltaje, ambas nanocintas se alargaron, especialmente la conectada al polo negativo de la batería eléctrica; luego el papel se arrugó. El modelo de músculo artificial funcionó.
El propio Bauhman cree que su invento después de una modernización cualitativatransformará significativamente la robótica, porque tales músculos de carbono, cuando se flexionan / extienden, crean un potencial eléctrico: producen energía. Además, estos músculos son tres veces más fuertes que los humanos, pueden funcionar a temperaturas extremadamente altas y bajas, utilizando baja corriente y voltaje para su trabajo. Es muy posible usarlo para prótesis de músculos humanos.
Universidad de Texas: músculos artificiales hechos con hilo de pescar e hilo de coser
Uno de los más llamativos es el trabajo de un equipo de investigación de la Universidad de Texas, que se encuentra en Dallas. Se las arregló para obtener un modelo de músculos artificiales, en su fuerza y poder que recuerda a un motor a reacción: ¡7.1 hp / kg! Dichos músculos son cientos de veces más fuertes y más productivos que los humanos. Pero lo más sorprendente aquí es que fueron construidos con materiales primitivos: hilo de pescar de polímero de alta resistencia e hilo de coser.
La nutrición de tal músculo es una diferencia de temperatura. Lo proporciona un hilo de coser recubierto con una fina capa de metal. Sin embargo, en el futuro, los músculos de los robots pueden ser alimentados por cambios en la temperatura de su entorno. Esta propiedad, por cierto, bien puede aplicarse a la ropa que se adapta a la intemperie y otros dispositivos similares.
Si el polímero se tuerce en una dirección, se encogerá bruscamente cuando se caliente y se estirará rápidamente cuando se enfríe, y si se tuerce en la dirección opuesta, será completamente opuesto. Un diseño tan simple puede, por ejemplo, hacer girar un rotor general a una velocidad de 10 mil revoluciones/min. más talmúsculos artificiales de hilo de pescar que pueden contraerse hasta el 50% de su longitud original (humanos solo en un 20%). Además, se distinguen por una increíble resistencia: ¡este músculo no se "cansa" incluso después de un millón de repeticiones de la acción!
De Texas a Amur
El descubrimiento de científicos de Dallas ha inspirado a muchos científicos de todo el mundo. Sin embargo, solo un especialista en robótica logró repetir con éxito su experiencia: Alexander Nikolaevich Semochkin, director del laboratorio de tecnología de la información de la Universidad Pedagógica Estatal de Bielorrusia.
Al principio, el inventor esperó pacientemente nuevos artículos en Science sobre la implementación masiva de la invención de colegas estadounidenses. Como esto no sucedió, el científico de Amur decidió con su gente de ideas afines repetir la maravillosa experiencia y crear músculos artificiales a partir de alambre de cobre y sedal con sus propias manos. Pero, por desgracia, la copia no era viable.
Inspiración de Skolkovo
Regresar a los experimentos casi abandonados Alexander Semochkin se vio obligado por una casualidad: el científico llegó a una conferencia de robótica en Skolkovo, donde conoció a una persona de ideas afines de Zelenograd, el director de la compañía Neurobotics. Al final resultó que, los ingenieros de esta empresa también están ocupados creando músculos a partir de hilos de pescar, que son bastante viables.
Al regresar a su tierra natal, Alexander Nikolaevich se puso a trabajar con renovado vigor. En un mes y medio, no solo pudo ensamblar músculos artificiales funcionales, sino también crear una máquina para retorcerlos, que hizo bobinas de hilo de pescar.estrictamente repetible.
Anunciación musculatura artificial
Para crear un músculo de cinco centímetros, A. N. Semochkin necesita varios metros de alambre y 20 cm de hilo de pescar ordinario. Una máquina de "producción" de músculos impresa en 3D, por cierto, tuerce un músculo en 10 minutos. Luego, la estructura se coloca en un horno calentado a +180 grados centígrados durante media hora.
Puedes activar dicho músculo con la ayuda de corriente eléctrica; simplemente conecta su fuente al cable. Como resultado, comienza a calentarse y transferir su calor a la línea de pesca. Este último se estira o se contrae, dependiendo del tipo de músculo que el dispositivo torció.
Planes de inventor
El nuevo proyecto de Alexander Semochkin es "enseñar" a los músculos creados a volver más rápido a su estado original. Esto puede verse favorecido por el enfriamiento rápido del cable de alimentación: el científico sugiere que dicho proceso ocurrirá más rápido bajo el agua. Después de obtener dicho músculo, Iskanderus, un robot antropomórfico de la Universidad Pedagógica Estatal de Bielorrusia, se convertirá en su primer propietario.
El científico no mantiene su invento en secreto: publica videos en YouTube y también planea escribir un artículo con instrucciones detalladas para crear una máquina que retuerce los músculos de hilos y alambres de pesca.
El tiempo no se detiene: los músculos artificiales de los que les hablamos ya se usan en cirugía para endo yoperaciones laparoscópicas. Y en el laboratorio "Disney" con su participación, ensamblaron una mano funcional.
