Νέοι τεχνητοί μύες: ελαφρύτερα, ασφαλέστερα και πιο στιβαρά ρομπότ

Ερευνητές στο ETH Zurich ανέπτυξαν πρόσφατα τεχνητούς μύες για την κίνηση ρομπότ, αλλά η λύση τους προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τεχνολογίες που είχαν δει στο παρελθόν.
Αξίζει περαιτέρω μελέτης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε όλες τις περιπτώσεις όπου τα ρομπότ πρέπει να είναι μαλακά παρά άκαμπτα ή πρέπει να είναι πιο ευαίσθητα στην αλληλεπίδραση με το περιβάλλον.
Πολλοί ρομποτικοί ονειρεύονται να κατασκευάσουν ρομπότ που δεν είναι απλώς ένας συνδυασμός μετάλλων ή άλλων σκληρών υλικών και κινητήρων, αλλά και πιο μαλακά και πιο προσαρμόσιμα.
Τα «μαλακά» αυτόματα μπορεί να αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον με εντελώς διαφορετικό τρόπο. για παράδειγμα, θα μπορούσαν να μετριάσουν τους κραδασμούς όπως κάνουν τα ανθρώπινα μέλη ή να πιάσουν ένα αντικείμενο με λεπτότητα.
Αυτό θα πρόσφερε επίσης πλεονεκτήματα όσον αφορά την κατανάλωση ενέργειας: σήμερα η κίνηση των ρομπότ απαιτεί συνήθως πολλή ενέργεια για να διατηρηθεί μια θέση για μεγάλο χρονικό διάστημα, ενώ τα μαλακά συστήματα θα μπορούσαν να την αποθηκεύσουν καλύτερα.
Λοιπόν, τι θα μπορούσε να είναι πιο προφανές από το να πάρουμε τον ανθρώπινο μυ ως πρότυπο και να προσπαθήσουμε να τον αναδημιουργήσουμε;

Αντίο, NCCR Robotics: Δώδεκα ολόκληρα χρόνια στην υπηρεσία της Ελβετίας
Υπάρχει ένα drone που «σκαρφαλώνει» στα δέντρα για να τα προστατεύσει

Κάθε φυσικός μυς συστέλλεται επίσης ως απόκριση σε επαρκή ηλεκτρική ώθηση

Η λειτουργία των τεχνητών μυών βασίζεται απαραίτητα στη βιολογία.
Όπως και οι φυσικοί τους αντίστοιχοι, οι τεχνητοί μύες συστέλλονται ως απόκριση σε μια ηλεκτρική ώθηση.
Ωστόσο, οι τεχνητοί μύες δεν αποτελούνται από κύτταρα και ίνες, αλλά από έναν σάκο γεμάτο με ένα υγρό (συνήθως λάδι), το περίβλημα του οποίου καλύπτεται εν μέρει με ηλεκτρόδια.
Όταν αυτά τα ηλεκτρόδια δέχονται ηλεκτρική τάση, ενώνονται και σπρώχνουν το υγρό στον υπόλοιπο σάκο, ο οποίος κάμπτεται και επομένως μπορεί να σηκώσει ένα βάρος.
Ένας μεμονωμένος σάκος είναι ανάλογος με μια μικρή δέσμη μυϊκών ινών.
Αρκετοί από αυτούς τους σάκους μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα πλήρες στοιχείο πρόωσης, το οποίο ονομάζεται επίσης ενεργοποιητής ή, πιο απλά, τεχνητός μυς.

Βραβείο στο ProteusDrone, το μαλακό ρομπότ με μεταλλαγμένα σχήματα
Ένας σκύλος ρομπότ: η ελβετική εφεύρεση εμπνευσμένη από τη βιολογία των ζώων

Αρχικά οι ηλεκτροστατικοί ενεργοποιητές απαιτούσαν τάση 6.000 έως 10.000 Volt

Η ιδέα της ανάπτυξης τεχνητών μυών δεν είναι νέα, αλλά μέχρι τώρα υπήρχε ένα σημαντικό εμπόδιο στην πραγματοποίησή τους: οι ηλεκτροστατικοί ενεργοποιητές λειτουργούσαν μόνο με εξαιρετικά υψηλές τάσεις, από περίπου 6.000 έως 10.000 βολτ.
Αυτή η απαίτηση είχε πολλές συνέπειες: για παράδειγμα, οι μύες έπρεπε να συνδεθούν με μεγάλους ενισχυτές βαριάς τάσης, δεν λειτουργούσαν στο νερό και δεν ήταν απολύτως ασφαλείς για τον άνθρωπο.
Μια νέα λύση έχει πλέον αναπτυχθεί από Robert Katzschmann, καθηγητής ρομποτικής στο ETH της Ζυρίχης, μαζί με τους Stephan-Daniel Gravert, Elia Varini και άλλους συναδέλφους.
Δημοσίευσαν ένα άρθρο σχετικά με την εκδοχή τους για έναν τεχνητό μυ, που στην πραγματικότητα προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα, σε ένα άρθρο στον ιστότοπο πληροφοριών «Science Advances».
Ο Stephan-Daniel Gravert, ο οποίος εργάζεται ως επιστημονικός βοηθός στο εργαστήριο του Robert Katzschmann, σχεδίασε ένα νέο κέλυφος για την τσάντα.

Ένα νέο αγγλοελβετικό πυροσβεστικό drone για να βοηθήσει τους πυροσβέστες
Έτσι στην Ελβετία τα ρομπότ «μαθαίνουν» τα μυστικά της πεζοπορίας

Η λύση για το μέλλον; Σήμερα προέρχεται από σιδηροηλεκτρικό υλικό υψηλής διαπερατότητας

Οι ερευνητές ονομάζουν τους νέους τεχνητούς μύες HALVE ενεργοποιητές, όπου το HALVE σημαίνει «Υδραυλικά ενισχυμένος ηλεκτροστατικός χαμηλής τάσης».
«Σε άλλους ενεργοποιητές, τα ηλεκτρόδια βρίσκονται στο εξωτερικό του κελύφους. Στο δικό μας, το κέλυφος αποτελείται από πολλά στρώματα. Πήραμε ένα σιδηροηλεκτρικό υλικό με υψηλή διαπερατότητα, δηλαδή ικανό να αποθηκεύσει σχετικά μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας, και το συνδυάσαμε με ένα στρώμα ηλεκτροδίων. Στη συνέχεια επικαλύψαμε τα πάντα με ένα πολυμερές κέλυφος που έχει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες και κάνει τη σακούλα πιο σταθερή».εξηγεί.
Με αυτόν τον τρόπο οι ερευνητές μπόρεσαν να μειώσουν την απαιτούμενη τάση, επειδή η πολύ μεγαλύτερη διαπερατότητα του σιδηροηλεκτρικού υλικού επιτρέπει την επίτευξη μεγάλων δυνάμεων παρά τη χαμηλή τάση.
Ο Stephan-Daniel Gravert και η Elia Varini όχι μόνο ανέπτυξαν μαζί το κέλυφος των ενεργοποιητών HALVE, αλλά κατασκεύασαν και τους ίδιους τους ενεργοποιητές στο εργαστήριο για χρήση σε δύο συγκεκριμένα ρομπότ.

Στο Τελ Αβίβ ένα εργαστήριο Enel σχετικά με τη χρήση της τεχνητής νοημοσύνης και της ρομποτικής στην ενέργεια
Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο το ρομπότ Atlas μπορεί ήδη να λειτουργεί και να αλληλεπιδρά μαζί μας

Οι τεχνικές «λαβίδες» και «ψάρια» δείχνουν τι μπορεί να κάνει ο μυς που σχεδιάστηκε στην Ελβετία

Ένα τέτοιο παράδειγμα ρομπότ είναι μια λαβή που έχει ύψος 11 εκατοστά και έχει δύο δάχτυλα.
Κάθε δάχτυλο μετακινείται από τρεις συνδεδεμένες σε σειρά τσέπες του ενεργοποιητή HALVE.
Ένα μικρό τροφοδοτικό μπαταρίας τροφοδοτεί το ρομπότ με 900 Volt.
Μαζί, η μπαταρία και το τροφοδοτικό ζυγίζουν μόλις 15 γραμμάρια.
Ολόκληρη η δαγκάνα, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρονικών ισχύος και ελέγχου, ζυγίζει 45.
Η λαβή μπορεί να πιάσει ένα λείο πλαστικό αντικείμενο με αρκετή δύναμη για να υποστηρίξει το βάρος του όταν το αντικείμενο σηκώνεται στον αέρα με ένα σχοινί.
«Αυτό το παράδειγμα δείχνει άριστα πόσο μικροί, ελαφροί και αποδοτικοί είναι οι ενεργοποιητές HALVE. Σημαίνει επίσης ότι έχουμε κάνει ένα τεράστιο βήμα προς τον στόχο μας να δημιουργήσουμε ολοκληρωμένα συστήματα που βασίζονται στους μυς».», λέει με ικανοποίηση ο Katzschmann.
Το δεύτερο αντικείμενο είναι ένας κολυμβητής σαν ψάρι, μήκους σχεδόν 30 εκατοστών, ικανός να κινείται εύκολα στο νερό.
Αποτελείται από μια «κεφαλή» που περιέχει τα ηλεκτρονικά και ένα εύκαμπτο «σώμα», στο οποίο είναι προσαρτημένοι οι ενεργοποιητές «Hydraulically Amplified Low-Voltage Electrostatic».
Αυτοί οι ενεργοποιητές κινούνται εναλλάξ σε έναν ρυθμό που παράγει την τυπική κίνηση κολύμβησης.
Το αυτόνομο ψάρι μπορεί να βγει από μια κατάσταση στάσης με ταχύτητα τριών εκατοστών το δευτερόλεπτο σε 14 δευτερόλεπτα, και όλα αυτά βυθισμένα σε συνηθισμένο νερό της βρύσης.

Ένας σκύλος ρομπότ: η ελβετική εφεύρεση εμπνευσμένη από τη βιολογία των ζώων
Στην Ελβετία τα Ομοσπονδιακά Πολυτεχνεία για διαφανή και αξιόπιστη τεχνητή νοημοσύνη

Οι νέοι ενεργοποιητές είναι πολύ πιο στιβαροί από άλλους τεχνητούς μύες καθώς και αδιάβροχοι

Αυτό το δεύτερο παράδειγμα είναι σημαντικό επειδή δείχνει ένα άλλο νέο χαρακτηριστικό των ενεργοποιητών HALVE.
Δεδομένου ότι τα ηλεκτρόδια δεν προστατεύονται πλέον έξω από το κέλυφος, οι τεχνητοί μύες είναι πλέον αδιάβροχοι και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ακόμη και βυθισμένοι σε αγώγιμα υγρά.
«Το ψάρι δείχνει ένα γενικό πλεονέκτημα αυτών των ενεργοποιητών: τα ηλεκτρόδια προστατεύονται από το εξωτερικό περιβάλλον και, αντίστροφα, το περιβάλλον προστατεύεται από τα ηλεκτρόδια. Έτσι, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτούς τους ηλεκτροστατικούς ενεργοποιητές στο νερό ή να τους αγγίξετε, για παράδειγμα»., προσθέτει ο καθηγητής από το Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Ζυρίχης.
Η πολυεπίπεδη δομή των φακέλων έχει επίσης ένα άλλο πλεονέκτημα: οι νέοι ενεργοποιητές είναι πολύ πιο ανθεκτικοί από άλλους τεχνητούς μύες.
Στην ιδανική περίπτωση, οι φάκελοι θα πρέπει να μπορούν να κάνουν μεγάλη κίνηση και να το κάνουν γρήγορα.
Ωστόσο, ακόμη και το μικρότερο κατασκευαστικό σφάλμα, όπως ένα κομμάτι σκόνης μεταξύ των ηλεκτροδίων, μπορεί να οδηγήσει σε ηλεκτρική βλάβη, ένα είδος «μίνι κεραυνού».

Στις 4 Νοεμβρίου στη Λωζάνη η «Ημέρα της Ελβετικής Ρομποτικής»
Με το DroneHub ένα άνευ προηγουμένου… «αποθήκη» για έρευνα με drone

Λύθηκαν τα προβλήματα «Mini Lightning», εταιρείες έτοιμες για παραγωγή μεγάλης κλίμακας

«Όταν αυτό συνέβη σε προηγούμενα μοντέλα, το ηλεκτρόδιο κάηκε, δημιουργώντας μια τρύπα στο κέλυφος. Αυτό επέτρεψε στο υγρό να διαφύγει και έκανε τον ενεργοποιητή άχρηστο»., εξηγεί ο Stephan-Daniel Gravert.
Αυτό το πρόβλημα έχει λυθεί στους ενεργοποιητές HALVE επειδή μια μόνο τρύπα ουσιαστικά κλείνει μόνη της, χάρη στο προστατευτικό εξωτερικό πλαστικό στρώμα.
Ως αποτέλεσμα, η θήκη παραμένει πλήρως λειτουργική ακόμη και μετά από ηλεκτρική βλάβη.
Οι δύο ερευνητές είναι σαφώς χαρούμενοι που έκαναν μια αποφασιστική ανακάλυψη στην ανάπτυξη τεχνητών μυών, αλλά είναι επίσης ρεαλιστές.
Όπως λέει ο Robert Katzschmann, «Τώρα πρέπει να προετοιμάσουμε αυτήν την τεχνολογία για παραγωγή μεγάλης κλίμακας και δεν μπορούμε να το κάνουμε αυτό εδώ στο εργαστήριο ETH. Χωρίς να κάνω πολλές αποκαλύψεις, μπορώ να πω ότι ήδη εκδηλώνουμε ενδιαφέρον από εταιρείες που θα ήθελαν να συνεργαστούν μαζί μας».
Για παράδειγμα, οι τεχνητοί μύες θα μπορούσαν μια μέρα να χρησιμοποιηθούν σε νέα ρομπότ, προσθετικά ή φορητές συσκευές.
Με άλλα λόγια, σε τεχνολογίες για χρήση μέσα και πάνω στο ανθρώπινο σώμα…

Ένα βατόμουρο από...σιλικόνη για να δίνει εντολή στα ρομπότ να τρυγήσουν
Το σωστό αφιέρωμα από το Λουγκάνο στη νεαρή ομάδα ρομποτικής Smilebots