Ann an adhartas mòr ann an robotics, chaidh inneal-fuadain le fèithean ‘bog’ coltach ri daonna a dhealbhadh gu soirbheachail airson a’ chiad uair. Faodaidh innealan-fuadain bog mar seo a bhith na bhrosnachadh airson innealan-fuadain a tha càirdeil do dhaoine a dhealbhadh san àm ri teachd.
Tha innealan-fuadain nan innealan prògramaichte a thathas a’ cleachdadh gu cunbhalach ann an tagraidhean gnìomhachais, mar eisimpleir mar phàirt de fèin-ghluasad, gu sònraichte saothrachadh leis gu bheil iad air an dealbhadh gus a bhith math air gnìomhan ath-aithris a dh’ fheumas tòrr neart is cumhachd. Robots eadar-obrachadh leis an t-saoghal chorporra tro luchd-mothachaidh agus actuators annta agus tha iad air an ath-chlàradh gan dèanamh nas fheumaile agus nas sùbailte na innealan àbhaisteach aon-ghnìomh. Tha e follaiseach bhon dòigh anns a bheil na h-innealan-fuadain sin air an dealbhadh gus an obair a dhèanamh gu bheil na gluasadan aca gu math cruaidh, uaireannan borb, coltach ri inneal agus gu bheil iad trom, eireachdail agus chan eil iad feumail nuair a dh’ fheumas gnìomh sònraichte meudan caochlaideach de fhorsa aig diofar amannan. puingean. Tha innealan-fuadain uaireannan cunnartach agus dh’ fhaodadh gum bi feum aca air pàircean tèarainte leis nach eil iad mothachail air na tha mun cuairt orra. Tha raon robotics a’ sgrùdadh grunn chuspairean gus innealan robotach a dhealbhadh, a thogail, a phrògramadh agus a chleachdadh gu h-èifeachdach ann an diofar raointean de ghnìomhachas agus teicneòlas meidigeach le diofar riatanasan.
Ann an sgrùdaidhean càraid o chionn ghoirid air a stiùireadh le Christoph Keplinger, tha luchd-rannsachaidh air innealan-fuadain a chuir a-steach le clas ùr de fhèithean a tha glè choltach ris na fèithean daonna againn agus tha neart agus cugallachd pròiseict aca dìreach mar a nì sinn. Is e am prìomh bheachd barrachd a thoirt seachad “nàdarra” gluasadan chun inneal ie innealan-fuadain. Tha 99.9 sa cheud de na h-innealan-fuadain an-diugh nan innealan cruaidh air an dèanamh le stàilinn no meatailt, ach tha bodhaig bith-eòlasach bog ach tha comasan iongantach aige. Faodar na h-innealan-fuadain sin le fèithean ‘bog’ no ‘nas fhìor’ a dhealbhadh gu h-iomchaidh gus gnìomhan àbhaisteach agus fìnealta a dhèanamh (a bhios fèithean daonna a’ coileanadh gach latha), mar eisimpleir dìreach a’ togail measan bog no a’ cur ugh am broinn basgaid. An coimeas ri innealan-fuadain traidiseanta, tha innealan-fuadain air an uidheamachadh le 'fèithean fuadain' bidh iad coltach ri dreachan ‘nas buige’ dhiubh fhèin agus nas sàbhailte agus dh’ fhaodadh iad an uairsin a bhith air an gnàthachadh gus cha mhòr gnìomh sam bith a dhèanamh faisg air daoine, a’ moladh grunn thagraidhean a dh’ fhaodadh a bhith co-cheangailte ri agus timcheall air beatha dhaoine. Dh’ fhaodadh innealan-fuadain bog a bhith air an ainmeachadh mar innealan-fuadain ‘co-obrachail’, oir bidh iad air an dealbhadh gu sònraichte gus gnìomh sònraichte a choileanadh ann an dòigh gu math coltach ri duine.
Tha luchd-rannsachaidh air a bhith a 'feuchainn ri innealan-fuadain fèithean bog a chruthachadh. Feumaidh inneal-fuadain mar sin bog fèith teicneòlas gus atharrais a dhèanamh air fèithean daonna agus tha luchd-rannsachaidh air dà theicneòlas mar sin fheuchainn - actuators giuthais agus actuators dielectric elastomer. Tha an 'actuator' air a mhìneachadh mar an fhìor inneal a ghluaiseas an inneal-fuadain, no tha an inneal-fuadain a 'sealltainn gluasad sònraichte. Ann an actuators giuthais, tha poca bog air a phumpadh le gasaichean no lionntan gus gluasad sònraichte a chruthachadh. Is e dealbhadh sìmplidh a tha seo ach tha e fhathast cumhachdach ged a tha na pumpaichean mì-fhreagarrach agus tha stòran tasgaidh mòr aca. Tha an dàrna teicneòlas - dielectric elastomer actuators a 'cleachdadh a' bhun-bheachd a bhith a 'cur a-steach raon dealain thairis air plastag sùbailte inslithe gus a dhì-dhealbhadh agus mar sin a' cruthachadh gluasad. Chan eil an dà theicneòlas seo leotha fhèin air a bhith soirbheachail fhathast oir nuair a thèid buille dealain tron phlastaig, bidh na h-innealan sin a’ fàiligeadh gu truagh agus mar sin chan eil iad an aghaidh milleadh meacanaigeach.
Tuilleadh"daonna mar” innealan-fuadain le fèithean coltach ris
Anns na sgrùdaidhean dà-chànanach a chaidh aithris ann an saidheans1 agus Saidheansan Robotics2, ghabh luchd-rannsachaidh na taobhan adhartach den dà theicneòlas fèithe bog a bha rim faighinn agus chruthaich iad actuator bog coltach ri fèithean a bhios a’ cleachdadh dealan gus gluasad lioftaichean atharrachadh taobh a-staigh spògan beaga. Anns na pocannan polymer sùbailte seo tha leaghan inslithe, mar eisimpleir ola cunbhalach (ola glasraich no ola canola) bhon mhòr-bhùth, no faodar leaghan coltach ris a chleachdadh. Aon uair ‘s gu bheil bholtadh air a chuir a-steach eadar na dealanan hydrogel a chaidh a chuir eadar dà thaobh a’ phòca, chaidh na taobhan a tharraing gu chèile, bidh spasm ola a ’tachairt, a’ brùthadh an leaghan a-staigh agus ag adhbhrachadh gun sruthadh e timcheall taobh a-staigh a ’phòcaid. Bidh an teannachadh seo a’ cruthachadh cromadh fèithe fuadain agus aon uair ‘s gu bheil an dealan air a ghearradh dheth, bidh an ola a’ gabhail fois a-rithist, ag atharrais air an fuadain fois fèithean. Bidh an actuator ag atharrachadh cumadh san dòigh seo, agus tha an nì a tha ceangailte ris an actuator a 'sealltainn gluasad. Mar sin, tha am ‘fèithean fuadain’ seo a’ cùmhnantachadh agus a’ leigeil ma sgaoil (sùbailte) sa bhad ann am milliseconds san aon dòigh agus leis an aon chinnt agus neart de fhèithean daonna cnàimhneach. Faodaidh na gluasadan sin eadhon astar ath-bheachdan fèithean daonna a bhualadh leis gu bheil fèithean daonna a ’conaltradh leis an eanchainn aig an aon àm ag adhbhrachadh dàil, ged nach eil e follaiseach. Mar sin, tron dealbhadh seo, chaidh siostam siùbhlach a choileanadh aig an robh smachd dealain dìreach a ’nochdadh sùbailteachd agus àrd-choileanadh.
Anns a 'chiad sgrùdadh1 in saidheans, chaidh actuators a dhealbhadh ann an cumadh donut agus bha an comas agus an comas aca sùbh-craoibhe a thogail agus a chumail tro gripper robotach (agus gun a bhith a’ spreadhadh na measan!). Chaidh aire a thoirt don mhilleadh a dh’ fhaodadh a bhith air a dhèanamh le bolt dealain nuair a chaidh e tron leaghan inslithe (cùis mhòr leis na actuators a chaidh a dhealbhadh roimhe) anns an dealbhadh gnàthach agus chaidh milleadh dealain sam bith a shlànachadh no a chàradh sa bhad le dìreach ùr sruthadh leaghan a-steach don phàirt ‘air a mhilleadh’ tro phròiseas sìmplidh ath-sgaoileadh. Bha seo mar thoradh air cleachdadh stuth leaghaidh, a tha nas seasmhaiche, an àite còmhdach inslithe cruaidh a chaidh a chleachdadh ann an iomadh dealbhadh roimhe agus a chaidh a mhilleadh sa bhad. Anns a 'phròiseas seo mhair am fèithean fuadain còrr is millean cearcall gearraidh. Bha an actuator sònraichte seo, le cumadh donut, comasach air sùbh-craoibhe a thaghadh gu furasta. San aon dòigh, le bhith a’ tàillearachd cumadh nam pocannan elastagach sin, chruthaich an luchd-rannsachaidh raon farsaing de actuators le gluasadan gun samhail, mar eisimpleir eadhon a’ togail ugh cugallach le mionaideachd agus an fhìor fheachd a bha a dhìth. Tha na fèithean sùbailte sin air an ainmeachadh mar actuators “Electrostatach Fèin-slànachaidh Hydraigeach" no actuators HASEL.2 air fhoillseachadh ann Saidheans Robotics, chruthaich an aon sgioba dà dhealbhadh fèithean bog eile a bhios a’ dèanamh cùmhnant sreathach, glè choltach ri bicep daonna, agus mar sin comasach air nithean a thogail a-rithist nas truime na an cuideam fhèin.
F Is e am beachd coitcheann leis gur e innealan a th’ ann an innealan-fuadain agus mar sin gu cinnteach feumaidh iad a bhith air thoiseach air daoine, ach, nuair a thig e gu na comasan iongantach a tha na fèithean againn a ’toirt dhuinn, dh’ fhaodadh duine a ràdh gu sìmplidh gu bheil innealan-fuadain bàn an coimeas. Tha fèith an duine air leth cumhachdach agus tha smachd iongantach aig ar n-eanchainn air na fèithean againn. Is e seo as coireach gu bheil fèithean daonna comasach air gnìomhan toinnte a choileanadh gu mionaideach me sgrìobhadh. Bidh na fèithean againn a-rithist a ’dèanamh cùmhnant agus fois nuair a bhios sinn a’ dèanamh obair throm agus thathar ag ràdh nach bi sinn a ’cleachdadh ach mu chomas 65 sa cheud de na fèithean againn agus tha a’ chrìoch seo air a shuidheachadh sa mhòr-chuid le ar smaoineachadh. Mas urrainn dhuinn smaoineachadh air inneal-fuadain aig a bheil fèithean bog coltach ri duine, bhiodh an neart agus na comasan fìor mhòr. Tha na sgrùdaidhean sin air am faicinn mar a’ chiad cheum ann a bhith a’ leasachadh actuator a dh’ fhaodadh aon latha comasach air comasan mòra fèithean fìor bith-eòlasach a choileanadh.
Robotics 'bog' a tha èifeachdach a thaobh cosgais
Tha na h-ùghdaran ag ràdh gu bheil stuthan mar na pocannan polymer-chips buntàta, ola agus eadhon electrodes saor agus rim faighinn gu furasta a’ toirt a ’chosgais gu dìreach 0.9 USD (no 10 sgillin). Tha seo na mhisneachd dha na h-aonadan saothrachaidh gnìomhachais gnàthach agus do luchd-rannsachaidh an cuid eòlais adhartachadh. Tha na stuthan aig prìs ìosal scalable agus co-chosmhail ri cleachdaidhean gnìomhachais gnàthach agus dh’ fhaodadh innealan mar sin a bhith air an cleachdadh airson grunn thagraidhean leithid innealan prosthetic, no mar chompanach daonna. Is e taobh air leth inntinneach a tha seo, leis gu bheil an teirm robotics an-còmhnaidh co-ionann ri cosgaisean àrda. Is e ana-cothrom a tha co-cheangailte ri leithid de fhèithean fuadain an ìre àrd de dhealan a tha a dhìth airson a bhith ag obair agus tha cothroman ann cuideachd losgadh ma ghlèidheas an inneal-fuadain cus den chumhachd aige. Tha innealan-fuadain bog fada nas fìnealta na an co-aoisean robot traidiseanta a’ dèanamh an dealbhadh nas dùbhlanaiche, mar eisimpleir cothroman air punctadh, cumhachd a chall agus an ola a dhòrtadh. Gu cinnteach feumaidh na h-innealan-fuadain bog sin seòrsa de shealladh fèin-slànachaidh, mar a tha mòran de dh’ innealan-fuadain bog mu thràth.
Faodaidh innealan-fuadain bog èifeachdach agus làidir a bhith glè fheumail ann am beatha dhaoine oir is urrainn dhaibh cur ri daoine agus obrachadh còmhla riutha mar innealan-fuadain “co-obrachail” seach innealan-fuadain a thèid an àite dhaoine. Cuideachd, dh’ fhaodadh gàirdeanan prosthetic traidiseanta a bhith nas bog, tlachdmhor agus mothachail. Tha na sgrùdaidhean sin gealltanach agus nan gabhadh dèiligeadh ris an iarrtas àrd air cumhachd, tha comas aige àm ri teachd innealan-fuadain atharrachadh a thaobh an dealbhadh agus mar a ghluaiseas iad.
***
Stòr (an)
1. Acome et al. 2018. Actuators electrostatach fèin-slànachaidh fèin-slànachaidh le coileanadh coltach ri fèithean. Saidheans. 359(6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris et al. 2018. Actuators Peano-HASEL: Transducers muscle-mimetic, electrohydraulic a bhios a ’dèanamh cùmhnant sreathach air gnìomhachd. Saidheans Robotics. 3 (14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
***
