Ученые создали новый тип искусственной мышечной ткани для роботов

Ученые создали новые синтетические мягкие мышцы для реалистичных роботов

Группа исследователей из Школы инженерии и прикладных наук Колумбийского университета разработала новый тип синтетических мягких мышц, производить которые можно с помощью технологии 3D-печати.

Материал получился очень прочным и способен выдерживать вес в 1000 раз превосходящий его собственный, а предел его энергии упругой деформации (растяжения) в 15 раз выше в сравнении с тканями настоящих мышц.

Материал не требует использования внешнего источника для управления давлением, что часто встречается в других существующих решениях, которые полагаются на энергию пневматической или гидравлической инфляции (надува). Эти компоненты, как правило, занимают много места, что делает их неудобными в использовании при создании машин, где важна компактность и независимость.

Основой синтетических мышц служит силиконовый каучук, имеющий пористую структуру с заполнением этанолом. Материал приводится в работу с помощью электрического тока малой мощности, передаваемого по очень тонким проводам с высоким сопротивлением.

Синтетическая мышца перед и после приведения в действие

Обратите внимание

Новые синтетические мышцы могут принести большую пользу в сфере разработки и производства так называемых «мягких» роботов. За последние годы наблюдается огромный прогресс в создании машин, наделенных возможностью выполнять множество тонких поставленных задач. Тем не менее остается еще множество действий, выполнять которые твердые роботы не могут.

Действия, связанные с захватом объектов и манипуляцией ими, требуют наличия некоторого уровня ловкости и гибкости, обеспечить который нынешние технологии не в состоянии. Новые же материалы, подобные тому, о котором идет речь в данной статье, позволят создавать роботов, способных манипулировать мягкими и маленькими объектами, не нанося им каких-либо повреждений.

Машины, использующие подобные технологии, смогут обеспечивать надежную помощь человеку в работе в ситуациях, где требуются деликатные действия, например, в медицине. Вполне возможно, что подобные материалы начнут использоваться уже в протезах нового поколения, которые смогут обеспечить уровень контроля гораздо выше, чем обеспечивают нынешние протезы.

Сейчас же ученые из Колумбийского университета планируют усовершенствовать синтетические мышцы и заменить использующиеся провода высокого сопротивления на высокопроводящие материалы, чтобы увеличить скорость и эффективность отклика мышц.

Источник: https://Hi-News.ru/technology/uchenye-sozdali-novye-sinteticheskie-myagkie-myshcy-dlya-realistichnyx-robotov.html

Искусственные мышцы — новая разработка ученых

Учеными из Национального университета Сингапура был создан новый тип искусственных мускулов, чьи показатели впечатлили коллег. Дело в том, что этот новый тип мускулов может растягиваться в пять раз, если учитывать их начальную длину, а вес, который они могут поднимать, превосходит их собственный в 80 раз.

Цель данной разработки обеспечить роботов удивительными силовыми характеристиками и при этом обеспечить наличие пластики как у человека.

По словам доктора Адриана Кох, который на данный момент является руководителем программы, полученный материал имеет структуру, схожую с мышечными тканями живых организмов.

Основной же интерес вызывает то, что, не смотря на свою силу, пластику и гибкость, эти искусственные мышцы реагируют на электрические управляющие импульсы в течение долей секунды, а это, несомненно, колоссальный результат.

Так, например, на данный момент подобного эффекта не может обеспечить никакая механика или гидравлика.

Как рассказывает глава группы, если оснастить роботов данными быстродействующими искусственными мускулами, то тогда можно будет избавиться от механических движений роботов и приблизиться к «пластическим» показателям человека или различных животных. При всем этом, выносливость, сила и точность движений должны превосходить человеческие во много раз.

Данный материал представляет собой сложный композит, который, в свою очередь, состоит из различных полимеров. Используя в данном составе материала эластичные полимеры со способностью растягиваться в 10 раз и полимеров, способных выдерживать вес в 500 раз превышающий свой собственный, позволили добиться таких удивительных результатов.

Важно

Как сообщают ученые – работа над разработкой будет длиться еще не один год, а в течение нескольких лет, планируется создать несколько видов конечностей для роботов, которые оснастят данным видом искусственных мускулов.

Интересно то, что конечность будет иметь вес и размер в два раза меньше человеческого аналога, однако шансов на победу у человека будет не много.

Несмотря на то, что данная разработка является наиболее интересной для группы ученых именно в этой сфере, параллельно они планируют использовать полученный материал для иных целей. Так, например, новый материал способен выполнять превращение механической энергии в электрическую энергию и наоборот.

И поэтому ученые параллельно занимаются разработкой конструкции электрического генератора на основе мягких полимерных материалов.

Интерес тут представляет тот факт, что по планам его вес составит около 10 килограмм, а вырабатывать электроэнергии сможет столько же, сколько вырабатывает традиционный генератор, используемый в турбинах ветрогенераторов и весом в 1 тонну.

Источник: http://www.sciencedebate2008.com/artificial-muscles/

Искусственные мышцы для мягких роботов в 1000 раз сильнее человеческих (видео)

Еще в прошлом десятилетии благодаря экспериментам с различными материалами и формами некогда жесткие, дергающиеся, машины начали сгибаться, наклоняться, прыгать, действуя более естественно, подражая живым организмам. Однако возросшие гибкость и ловкость снижали силу механизма. Мягкие материалы не везде применимы поскольку, обычно, не настолько крепки и эластичны по сравнению с прочными твердыми комплектующими.

Сегодня исследователи из Института Висса в Гарвардском университете и Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского университета по принципу оригами создали искусственные мышцы, которые придают силы мягким роботам. Только при помощи давления воздуха или воды аппарату удается передвигать объекты в тысячу раз превышающие его собственный вес.

«Мы очень удивились силе этих приводов («мышц»). Конечно, ожидалось, что они смогут подымать больший максимальный вес, чем обычные гибкие роботы, но не в тысячу раз больший. Это похоже на наделение роботов суперспособностями», – рассказывают доктор Даниэла Рус, профессор Массачусетского университета и один из главных авторов исследования.

«Искусственные мышцы находятся в числе крупнейших вызовов современной инженерной мысли», – добавляет доктор Роб Вуд, еще один автор исследования и представитель Института Висса. «Создав приводные механизмы близкие по свойствам к живым мышцам, мы можем представить строительство почти любого робота различного предназначения».

Каждая искусственная мышца состоит из внутреннего «скелета», который может быть изготовлен из разных материалов: металлической пружины или пластиковой пластины сложенной определенным образом.

Расположенные внутри закрытой пластиковой или тканевой емкости они будут окружены воздухом или жидкостью. Созданный внутри вакуум способен заставлять внешнюю оболочку прижиматься к «скелету», образуя давление, которое приводит в движение весь механизм.

Направление движений задается формой и структурой скелета.

«Одним из ключевых моментов этих мышц является их способность к запрограммированным действиям в зависимости от того, как выстроен «скелет», – говорит доктор Шугуанг Ли. Такой подход позволяет мышцам быть очень простыми и компактными. Они подходят для монтажа на мобильной технике и теле человека, там, где использование массивного оборудования неприемлемо.

Совет

Конструктивные особенности таких мышц позволяют делать их практически любого размера.

Их можно использовать как элементы хирургического оборудования и как части трансформируемой архитектуры, глубоководные манипуляторы и большие саморазвертывающиеся объекты в космосе.

Также такие устройства приводятся в движение вакуумом, за счет чего они более безопасны, чем существующие сегодня гибкие роботы.

Команда разработчиков может даже выстроить мускулы из водорастворимых полимеров. Это открывает возможности для использования роботов в естественной среде с наименьшим вмешательством. Например, робот может отправиться к определенному органу человека, а затем раствориться, доставив лекарство на место.

В планах исследователей не просто сделать работу механизмов максимально натуральной, но и превзойти природные возможности.

Источник: https://ecotechnica.com.ua/technology/2905-iskusstvennye-myshtsy-dlya-myagkikh-robotov-v-1000-raz-silnee-chelovecheskikh-video.html

Искусственная мышца выдерживает вес в 1000 раз больше собственного

Ученые разработали искусственную мягкую мышцу, которая способна выдержать массу, в 1000 раз превышающую ее собственную, сообщает Science Daily. Это еще один шаг к производству суперсильных роботов, похожих на людей, считают они. 

Важной особенностью также является то, что мышцу можно напечатать на 3D-принтере. Она способна расширяться в 15 раз — больше чем любая естественная. При этом для этого синтетической мышце не нужны пневматически устройства, генераторы или электрические двигатели. Это открытие в создании тканей, которые позволят роботам двигаться независимо.

Мышцу разработали исследователи из Колумбийского инженерного университета. Разработка должна позволить создавать роботов, способных имитировать действие естественных биологических систем.

Обратите внимание

Раньше ни один материал не мог функционировать так, как настоящая мышца. Для этого требуется возможность к резкому сокращению, возможность держать напряжение, выдерживать высокую деформацию.

Не было материала, который мог бы удовлетворять всем условиям одновременно.

Существующие решения, имитирующие работу мышц, работают в основном за счет гидравлики или пневматики. В эластичные конструкции закачивается воздух или жидкость, что заставляет их двигаться.

Читайте также:  Affetto: робот-ребенок для изучения социальных функций

Подобный подход исключает миниатюризацию подобных систем, следовательно, их трудно применять во многих практических приложениях. Также теряется способность к автономности. Отдельным преимуществом нового материала является мягкость.

Это важное свойство открывает для будущих роботов множество сфер применения, где надо взаимодействовать с хрупкими или живыми объектами. Например, в медицине или производстве лекарств.

В мышце нет моторов или электрических приводов. Она напечатана из каучука с добавлением других химических элементов. Сквозь нее проходит токопровод.

Слабыми электрическими сигналами исследователи способны управлять мышцей. Контролируется ее расширение, сжатие, в итоге, она может действовать в системах с самым разным дизайном.

Для других исследователей — это также шанс разработать на этой основе множество полезных решений.

Нормированная стоимость солнечной энергии в США упала ниже $1 за ватт

Ученые говорят, что мягкая робототехника — это важная и перспективная область, которая становится трендом.

В начале этого года ученые из Гарвардского университета и Бостонской детской больницы разработали мягкого робота, который заставляет биться сердце, а инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего — первого в мире мягкого робота, способного преодолевать препятствия и передвигаться по гравию, песку и другим типам твердой поверхности.

Источник: https://hightech.fm/2017/09/20/artificial_muscle

Искусственные мышцы обогнали по мощности настоящие

Shuguang Li et al. / PNAS, 2017

Разработана технология создания недорогих искусственных мышц на основе жесткого каркаса, заключенного в мягкую камеру. Мышцы сокращаются за счет уменьшения в них давления, причем их можно создавать, используя разные материалы. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Инженеры, разрабатывающие роботов, нередко используют в своих изобретениях конструкции, напоминающие по функциям живых существ. Несмотря на это, для движения роботы все равно чаще всего используют электромоторы или двигатели внутреннего сгорания, соединенные со сложными механическими передачами.

Некоторые исследователи придерживаются другого подхода и разрабатывают источники движения, более близкие по своему устройству к мышцам.

Уже существует немало прототипов искусственных мышц, которые могут сокращаться подобно настоящим мышцам, но почти все они требуют дорогих материалов и технологических процессов, при этом эффективность многих из них все еще низка.

Важно

Исследователи под руководством Роберта Вуда (Robert Wood) из Гарвардского университета разработали простую и недорогую технологию создания эффективных искусственных мышц, которые можно создавать из большого количества разных материалов. Принципиальная схема создания таких актуаторов довольно проста.

В качестве основы используется каркас заданной формы, который может складываться и раскладываться. Затем вокруг этого каркаса склеиваются или сплавляются два фрагмента пленки из полимера или другого воздухонепроницаемого и мягкого материала.

Таким образом формируется мягкая камера с жестким каркасом внутри, которая подключается к источнику разницы давления.

Принцип действия искусственных мышц Shuguang Li et al. / PNAS, 2017Управление актуатором происходит за счет уменьшения или увеличения давления жидкости или газа внутри камеры.

В результате актуатор начинает менять форму: складываться или наоборот увеличиваться в размерах, а в случае с каркасом сложной формы, совершать другие движения — например, изгибаться в определенную сторону.Пример захватывающего устройства Shuguang Li et al.

/ PNAS, 2017С помощью такой технологии исследователи создали несколько прототипов актуаторов, и измерили их эффективность. Один из этих прототипов, представляющий собой десятисантиметровый линейный актуатор весом менее трех грамм, смог поднять груз массой более трех килограмм.

Исследователи подсчитали, что пиковая мощность таких актуаторов составляет около двух киловатт на килограмм массы, что делает их мощнее настоящих скелетных мышц млекопитающих.

Ранее ученые представляли множество прототипов искусственных мышц, работающих на основе разных принципов.

Некоторые также работают за счет давления, например, робогусеница, основную часть которой занимает полимерная пена, покрытая силиконом, а также мягкие вакуумные актуаторы из множества полых ячеек.

Другие используют для своей работы нагревание: таким образом работают мышцы на основе нейлоновой лески и недавно представленный материал, наполненный пузырьками с этанолом, который при нагревании превращается в газ и расширяется. Помимо этого недавно был представлен актуатор из множества слоев двумерного материала, который расширяется при внедрении в него сторонних ионов. Кстати, не всегда искусственные мышцы сделаны полностью из искусственных материалов. Тайваньские ученые сделали мышцы из тонкой пленки из кожицы лука, которая сокращается под действием электричества.

Григорий Копиев

Источник: https://nplus1.ru/news/2017/11/27/artificial-muscles

У роботов появятся синтетические мягкие мышцы

Будут ли созданы мышцы для роботов? Хроника событий, аргументы в пользу и против прогноза

07 августа 2018 – К роботам, которые взаимодействуют с людьми, особенно медицинским, предъявляются более высокие требования.

Одно из них — робот должен быть мягким, чтобы не травмировать человека.

Это сложная проблема для инженеров, потому что помимо корпуса, который легко сделать мягким, такими же должны быть и остальные компоненты, в том числе и актуаторы.

07 августа 2018 – Роберт Вуд (Robert Wood) и его коллеги из Гарвардского университета создали создали полностью мягкий роботизированный аналог паука-павлина (Maratus volans) размером около трех сантиметров.

Несмотря на то, что робот состоит только из мягких материалов, он имеет множество подвижных элементов, приводимых в движение с помощью системы микрофлюидных каналов и камер, а также каналы для изменения окраски, рассказывают ученые в журнале Advanced Materials. Процесс создания робота происходит в несколько этапов.

Сначала с помощью литографии в каждом слое создается микрофлюидная структура. После этого из листа эластомера с нанесенными каналами вырезается необходимая форма, а затем соседние слои последовательно склеивают. Инженеры предусмотрели в роботе возможность фиксировать двигающиеся части, например, ноги, и превращать их в структурный элемент.

Для этого в каналы необходимо подать не воздух, а жидкий фотоотверждаемый полимер. В этом случае нужно заставить часть робота изогнуться на нужный угол, а затем облучить его ультрафиолетом, после чего эта часть затвердевает.https://nplus1.ru/news/2018/08/07/soft-robot

18 апреля 2018 – Ученые из США и Франции создали искусственные мышцы, способные поднимать груз с массой в 12,6 тысячи раз больше их собственной.

Совет

Они состоят из углеродных волокон и полимера, скрученных в спиральную нить, и приводятся в действие электрическим током, который заставляет нить сокращаться, пишут разработчики в журнале Smart Materials and Structures.

Самех Тавфик (Sameh Tawfick) из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне и его коллеги разработали искусственные мышцы на основе углеволокна. Для их изготовления нужен пучок из нескольких тысяч переплетенных между собой углеродных волокон, которые скручивают и превращают в спираль.

После этого через нее пропускают электрический ток, который заставляет ее сокращаться. Ученые выяснили, что нить сокращается достаточно сильно, чтобы ее можно было использовать качестве электрического актуатора.  https://nplus1.ru/news/2018/04/18/muscles

28 февраля 2018 – Инженеры под руководством Дженнифер Льюис (Jennifer Lewis) из Гарвардского университета разработали новую технологию для получения мягких актуаторов, оснащенных искусственной соматосенсорной системой, которая состоит из сенсоров трех различных типов и позволяет устройству контролировать силу нажатия в зависимости от механического отклика. Делать такой актуатор ученые предложили из гибкого эластомера с помощью 3D-печати. Авторы работы отмечают, что разработанная ими технология позволяет получать чувствительные актуаторы, которые способны работать в течение долгого времени без заметной задержки при обработке сигналов, участвующих в системе обратной связи. Разработчики надеются, что такие или подобные им чувствительные устройства станут важными элементами роботов, которые будут использоваться в качестве ассистентов во время хирургических операций или для аккуратных манипуляций с хрупкими или деликатными объектами.    https://nplus1.ru/news/2018/02/28/3d-printing-sensitive-actuators

21 сентября 2017 – Группа исследователей разработала новый тип синтетических мягких мышц, производить которые можно с помощью технологии 3D-печати.

Материал получился очень прочным и способен выдерживать вес в 1000 раз превосходящий его собственный, а предел его энергии упругой деформации (растяжения) в 15 раз выше в сравнении с тканями настоящих мышц.

Новые синтетические мышцы могут принести большую пользу в сфере разработки и производства так называемых «мягких» роботов. За последние годы наблюдается огромный прогресс в создании машин, наделенных возможностью выполнять множество тонких поставленных задач.

Машины, использующие подобные технологии, смогут обеспечивать надежную помощь человеку в работе в ситуациях, где требуются деликатные действия, например, в медицине.

Другие прогнозы по теме “Роботы”

О проекте “википедии будущего”

Источник: http://4teller.com/u-robotov-poyavyatsya-sinteticheskie-myagkie-myshcy

Дорогостоящие экзоскелеты сменят «текстильные мышцы»

Ученые отчитались о создании уникального материала, способного заменить или дополнить функционал человеческой мышечной ткани.

Исследовательской группе из Швеции удалось создать по-настоящему уникальный структурный материал, технически напоминающий обычную ткань, однако практически способный частично или полностью заменить человеческие мышцы.

Уникальность разработки состоит в возможности контролировать «спазмы» искусственных мышц при помощи легкого электрического разряда, направленного в конкретную часть электроактивной структуры.

Перспективы, раскрывающиеся перед учеными в рамках запуска широкомасштабного производства новинки, поистине огромны — названное создателями «текстильными мышцами» изобретение сможет заменить дорогостоящие экзоскелеты и механические протезы, необходимые людям с ограниченными физическими возможностями.

Обратите внимание

Современная медицина фактически научилась сегодня ставить на ноги больных, полностью лишившихся возможности ходить самостоятельно, однако для этого требуется изготовление очень дорогих и зависимых от внешних источников энергии протезов и тяжелых экзоскелетов.

Швейцарская разработка помогает решить сразу несколько проблем, резко ограничивающих возможности нуждающихся в таких приспособлениях больных ввиду их высокой стоимости и сопровождающих эксплуатацию этих приспособлений технических ограничений.

Читайте также:  Немецкие инженеры обучают робота-хобота аккуратно захватывать предметы

Сначала напомним о принципе действия экзоскелета — каркасной конструкции, заменяющей собой комбинацию из человеческого скелета и мышц. Работу роботизированного устройства обеспечивают установленные на стыках сервомоторы, с помощью сжатого воздуха или электричества приводящие в движение нужные части экзоскелета в необходимой последовательности.

Управляет маленькими моторчиками мини-компьютер, при помощи специально разработанного программного обеспечения имитирующий движения скелета человека при ходьбе и выполнении рутинных операций — поднятии предметов, преодолении препятствий или спуске по лестничной клетке.

Главная сложность создания экзоскелета — ограниченное время работы конструкции, облегчающей жизнь лишенного способности передвигаться самостоятельно человека, которое зависит от емкости интегрированного в него источника питания в виде аккумуляторной батареи.

Существующие на рынке модели способны предложить весьма ограниченную автономность, исчисляющуюся десятками минут и в редких случаях несколькими часами работы, чего не хватает для полноценной жизни в современном обществе нуждающимся в роботах-помощниках людей с ограниченными возможностями.

Частично эту проблему удалось решить специалистам из двух шведских Университетов, расположенных в Борасе и Линчепинге.

Согласно обнародованной на страницах научного издания Science Advanced информации, исследователи путем покрытия обычной ткани электроактивным материалом сымитировали структуру человеческих мышц, фактически создав его механическую копию.

Принцип действия «текстильных мышц» основан на электромеханических свойствах электроактивного материала — при прохождении слабого электрического тока через волокна происходит химическая реакция, «вынуждающая» нити увеличивать длину.

В состоянии спокойствия такой электропроводящий материал имитирует процесс «стягивания» мышечной ткани, обеспечивая способность облаченного в нее человека или роботизированного устройства поднимать тяжести.

Важно

В рамках проведенных в лабораторных условиях исследований специалистам во главе с Эдвином Джагером удалось «заставить» кусочек такой ткани поднять небольшой груз, что вселяет в ученых уверенность в скором создании настоящего заменителя биологических мышц. Ключевая особенность изобретения — потенциальная дешевизна создания «тканевых экзоскелетов», способных выполнять те же задачи при значительно меньшем энергопотреблении. Плюс ко всему, масса «экзоодежды» окажется куда меньше, чем его металлического и полноразмерного «собрата».

Конструкционно и по принципу действия «тканевая мышца» представляет собой миниатюрный силовой привод, требующий минимум энергии для выполнения возложенной на него функции. Маленькие размеры и малый вес — не единственные достоинства «суперткани».

По словам Нильс-Кристера Перссона, доцента Шведской Школы Текстиля и соавтора исследования, дальнейшее усовершенствование созданного в лаборатории материала позволит добиться большей силы стягивания, то есть обеспечить перспективу поднятия сопоставимого с мощными сервомоторами веса.

Для этого предполагается соткать «тканевую мышцу» из плотно переплетенных и формирующих сложную структуру волокон, один-в-один напоминающую сформировавшейся в организме человека мышечной ткани.

По сути, исследовательской группе удалось перенести особенности работы человеческого организма и его отдельных частей на «небиологическую» основу, как это ранее сделали разработчики экзоскелета.

Подбор более крепких волокон, поиск их оптимальной длины для достижения максимального механического усилия и создание программы управления для принципиально нового вида ткани откроют перспективы для появления выполненной из «искусственной мышцы» одежды. Текстильная накидка и сшитые из электроактивных нитей штаны заменят невероятно тяжелые и значительно более дорогие роботизированные конструкции медицинского назначения.

В ближайшее время авторы исследования планируют провести ряд уникальных практических экспериментов, которые помогут усовершенствовать уже разработанную механику имитации работы мышц с помощью текстиля.

Главный компонент изобретения — специальный состав, покрывающий нити, о способе получения которого шведские ученые делиться с общественностью пока не спешат.

Совет

Потенциальные покупатели технологии изготовления «текстильных мышц» — медицинские учреждения, специализирующиеся на реабилитации получивших повреждения опорно-двигательного аппарата и центральной нервной системы пациентов клиник, и оборонные ведомства разных стран.

Разработка мобильных технических приспособлений, усиливающих физические действия военнослужащего в процессе выполнения боевого задания или на марше, то есть облегчающих перемещение военных на большие расстояния с одновременной транспортировкой тяжелых грузов, сегодня ведется множеством стран, включая Соединенные Штаты Америки. Полученные учеными устройства, «расширяющие» физические возможности военнослужащих, отличаются высокой стоимостью и очень ограниченной автономностью, тогда как дальнейшее развитие изобретения ученых из Швеции позволяет решить обе проблемы одновременно.

Источник: https://newvz.ru/info/90395.html

Наномышцы для будущих роботов

Человекоподобные роботы нуждаются в мышцах. Современные нанотехнологии позволяют создать такие ткани, которые могут использовать функции человеческих мышц в робототехнике. В этой статье мы расскажем о нескольких разработках, которые могут использоваться в качестве наномышц.

Техасский Институт нанотехнологий в Далласе представил на суд общественности искусственные мышцы, которые получают энергию из паров метанола, водорода и кислорода. Наномышцы представляют собой обернутую в катализатор никель-титановую проволоку. Особенностью материала является то, что он может запоминать изначальную форму.

Для того, чтоб заставить искусственные мышцы из никель-титановой проволоки изменять форму, их помещают над платиной и обрабатывают парами метанола, водорода и кислорода. Платина, благодаря реакции, нагревается и передает тепло проволоке, которая в свою очередь изменяет форму.

Ученые этого же института не остановились на достигнутом, и разработали второй тип наномышц. Они взяли популярные в последнее время нанотрубки и “упаковали” их в катализатор. Топливо, вступает в реакцию с кислородом, и катализатор вырабатывает электрический заряд, который расширяет нанотрубку. Сетка нанотрубок, под действием реакции способна расширится на 220%.

Если американцам удастся создать интерфейс для регулирования расширения-сужения нанотрубок с помощью электрического заряда, то эту технологию ждет большое будущее.

В Институте Болоньи разработали пленочные наномышцы. Пленка состоит из оксида индия и флюорида кальция. Гидрофобные и гидрофильные концы пленки являются своеобразным интерфейсом “вода-воздух”.

На поверхность пленки наносят положительно заряженные молекулы ротаксанов. Ротаксанами легко манипулировать, меняя кислотность среды, в которой они находятся.

Изменяя pH можно управлять пленочными мышцами.

Еще один вариант наномышц, о которых мы хотим рассказать в этой статье, был изобретен совместными усилиями ученых лаборатории Белла и института Макса Планка. Технология наномышц была разработана по аналогии с тканями растения мухоловки, которая довольно быстро, для представителя мира флоры, реагирует на появление насекомого в доступной близости.

Обратите внимание

Необычный материал состоит из пучка кремниевых игл, помещенных в мягкий гель. Структура геля меняется в зависимости от влажности окружающей среды. От сжимания или расширения геля зависит положение кремниевых игл.

Ученые создали два варианта HAIRS-1 и HAIRS-2. Различие составляет расположение кремниевых игл. В первом случае они располагаются параллельно, а во втором, один из концов кремниевых иглы закрепляется на подложке.

Управляя влажностью воздуха можно изменять направление игл, заставляя их работать как мышцы человека.

Благодаря нанотехналогиям, сегодня можно создавать такие структуры, которые воспроизводят ткани человека. Все описанные случаи достаточно уникальны, но требуют серьезных доработок. В частности, для управления наномышцами необходимо будет создать специальные устройства, которые будут по заданным параметрам сокращать ткани.

Наномышцы можно будет использовать не только в качестве тканей для человекоподобных роботов, но и в виде искусственных мышц для протезов.

Источник: https://pop-hi-tech.ru/robototexnika/nanomyshcy-dlya-budushhix-robotov.html

Исследователи создали дешёвые мышцы для мягких роботов, способные поднимать в 1000 раз больше собственного веса

Мягкая робототехника была многообещающей областью исследований в течение многих лет. Но развитие таких устройств сдерживалось отсутствием одной важной характеристики – силы. Теперь ученые из Лаборатории искусственного интеллекта МТИ и Гарвардского Института Уайса нашли способ дать мягким роботам некоторую силу, для этого они предлагают оснащать их скелетами на основе оригами.

Исследователи разработали новый тип мягких искусственных мышц, которые можно использовать для создания мягких роботов. Каждая мышца состоит из запечатанного мешка, заполненного воздухом или жидкостью. Мешок имеет складчатую структуру оригами, которая функционирует как скелет.

Когда с помощью электрического насоса давление внутри мешка уменьшается, вся структура сжимается, как мышцы в человеческом теле. И наоборот, при повышении давления структура распрямляется.

Важно

Такие искусственные мышцы намного сильнее, чем биологические человеческие мускулы, они способны поднимать в 1000 раз больше собственного веса.

По словам директора Лаборатории искусственного интеллекта МТИ профессора Дэниелы Рус, у мягких роботов есть большой потенциал, но до сих пор одним из ограничений на пути их использования была полезная нагрузка. Они очень безопасны, но не подходят для подъёма тяжелых предметов. Благодаря новому подходу появится возможность создавать сильные мягкие роботы.

У новых мускулов есть много потенциальных сфер применения, например, на складах и в логистических операциях, где они могут безопасно перемещать хрупкие объекты, такие как фрукты. Они также хорошо подходят для сбора предметов необычной формы.

Читайте также:  Отчего роботы лезут на стену

Роботы с мягкими мышцами смогут опоясывать такие объекты благодаря деформируемой структуре захвата. Он просто создаст необходимую форму вокруг нужного предмета аналогично тому, как это делает рука человека.

Но при этом такой захват сможет поднимать достаточно тяжёлые предметы.

Вместе с тем, у новых мышц имеются и свои недостатки. Главный из них состоит в том, что их сложнее контролировать или перепрограммировать по сравнению с обычными роботами.

Направление их движения полностью зависит от внутренней структуры, которую невозможно изменить после первоначального создания.

Хотя частично это ограничение можно обойти за счёт использования алгоритмов для поиска структур оригами, которые складываются почти бесконечными способами. Благодаря этому мышцы смогут выполнять даже сложные движения, такие как скручивание.

Но преимущества являются более ощутимыми. Так, поскольку способ движения мышц определяется его структурой, не требуется сложная электронная система управления. Достаточно просто включить или выключить устройство. Также мышцы могут быть созданы из целого ряда дешевых, легких материалов. Это означает, что их можно быстро и дешево создать и легко ремонтировать.

Источник: The Verge

Источник: https://itc.ua/news/issledovateli-sozdali-deshyovyie-myishtsyi-dlya-myagkih-robotov-sposobnyie-podnimat-v-1000-raz-bolshe-sobstvennogo-vesa/

Получена уникальная мышца для роботов | У братана

Новая мягкая гибкая и устойчивая кибер мышца позволит роботам двигаться как живые существа и лучше взаимодействовать с нами.

Специалисты по биомиметике изучают натуральные структуры или способы организации живых существ и используют некоторые из их особенностей для разработки машин или алгоритмов, вдохновленных ими.

Так в начале 2017 года международная группа исследователей, в том числе ученые из Центра биомедицинских технологий Мадридского политехнического университета, представила в журнале «Nature Chemical Biology» технику, которая позволяет создавать искусственные шелковые волокна аналогично тем, которые делают пауки.

Совет

Нити сохраняют интересные механические свойства их биологического аналога, вещества также обладает высокой устойчивостью и могут применяться, например, в тканевой инженерии.

Теперь другая группа экспертов, в данном случае из факультета машиностроения Колумбийского университета в Нью-Йорке, представила в журнале «Nature Communications» искусственную мышцу, которая имитирует действия и движения естественных моделей.

Изделие, которое может быть изготовлено на трехмерном принтере, не требует использования внешних компрессоров или сложных регуляторов давления.

Кроме того, мышца обладает в 15 раз большей пропускной способностью на грамм, чем натуральная мышца и, по словам ее разработчиков способна поднять в тысячу раз больше собственного веса.

Мягкая и универсальная
В коммюнике вышеупомянутого американского института объясняется, что на сегодняшний день не существует материала, который настолько точно имитировал бы работу мышечной ткани.

Приводы современных роботов, то есть устройства, которые преобразуют различные типы энергии для генерации движений, часто используют гидравлические или пневматические процессы и эластичные соединения, которые расширяются при введении в них жидкостей или газов.

Внешние компоненты, которые регулируют все эти процессы, не могут быть уменьшены должным образом, что ограничивает производство автоматов, которые могут перемещаться и работать независимо.

«Мы добились больших успехов в разработке мозгов роботов, но их тела остаются примитивными», говорит профессор «Robotics Engineering» Ход Липсон, который участвовал в этом исследовании.

В этом смысле мы раскрыли большой кусок головоломки, наша новая мышца может быть сформирована и реструктурирована тысячами разных способов.

Мы преодолели один из последних барьеров, который мешал нам строить машины подобные живым существам», говорит Липсон.

Обратите внимание

С этой целью они разработали силикиновую матрицу, в которую они добавляли этанол, распределенный в микропузырьках. Материал, который они получили, является эластичным и может подвергаться значительному изменению объема.

Кроме того, это легко и недорого в производстве, вы можете использовать 3D-принтер, чтобы придать желаемую форму и использовать соединения, которые не вредят окружающей среде.

В ходе первых испытаний искусственная мышца, которая подпитывалась от кабеля (8 вольт), была способна увеличиваться на 900%, когда она электрическим путем была нагрета до 80 ° С.

Революция в робототехнике
«Она может поднимать, тянуть, сгибать, поднимать весы… Это та мягкая мускулатура, которая понадобится новым роботам», объясняет Аслан Мириев, научный сотрудник по материалам, который координировал исследование.

Мириев и его сотрудники убеждены, что их продвижение скоро пригодится там, где роботы уже взаимодействуют с людьми, например, на сборочных линиях или в некоторых распределительных сетях.

Оборудованные новыми бионическими механизмами, андроиды смогут двигаться гораздо более естественно и будут способны захватывать и манипулировать объектами так же, как мы.

Это позволит им выполнять более деликатные задачи, такие как оказание медицинской помощи или помощь пациентам с ограниченными возможностями.

На данный момент исследователи уже заявили, что они будут продолжать работу над своей разработкой, чтобы улучшить реакцию кибермускулатуры. В будущем они планируют создать алгоритм искусственного интеллекта контролирующего движения, что со временем позволит идеально подражать любому животному.

Если это достижение можно будет использовать при создании микророботов, то будут достигнуты новые горизонты в области робототехники.

А также рекомендуем:

Важно

В будущем штаны могут быть изготовлены из искусственных мышц, которые могут помочь инвалидам снова ходить. Статья в «The Guardian» сообщила о дебюте таких умных штанов, которые недавно были представлены ​​на …

ПодробнееRoboFly — первое беспроводное роботизированное летающее насекомое

Вероятно, мы помним RoboBee, робота-насекомого. Теперь его преемник – это улучшенный RoboFly, миниатюрный робот, который может летать благодаря лазеру. Ему не требуется батарея или кабель, как его предшественнику. Этот беспроводной …

ПодробнееКакие предметы нужны в аптечке первой помощи, которую стоит носить с собой

Аптечка первой помощи – это то, что вы всегда должны хранить в своем снаряжении для выживания, даже если вам страшно это использовать. Вы можете подготовить базовую аптечку первой помощи, чтобы …

ПодробнееОбнаружен фермент, который поедает пластик

Это возможно самое реальное решение одной из самых глобальных экологических проблем во всем мире. Группа ученых из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США и Университета Портсмута и разработала …

ПодробнееСамое черное здание на Земле

Сегодня в Пхенчхане (Южная Корея) проводятся зимние Олимпийские игры и там также появилась одна уникальная конструкция – павильон на 99%поглощающий свет. В обстановке, где доминируют мерцающий белый снег и лед, где …

Подробнее

Исследователи разрабатывают «умные штаны» — штаны с искусственными мышцами

RoboFly — первое беспроводное роботизированное летающее насекомое

Какие предметы нужны в аптечке первой помощи, которую

Обнаружен фермент, который поедает пластик

Самое черное здание на Земле

Источник: https://ubratana.com/chitalka/novosti/poluchena-iskusstvennaya-myshca-kotoraya-imitiruet-chelovecheskie-dvizheniya.html

Ученые разрабатывают искусственные мышцы из электроактивных полимеров

3D TodayНовостиУченые разрабатывают искусственные мышцы из электроактивных полимеров

23.06.16

7884

Команда ученых из американских, японских и корейских университетов исследует возможность 3D-печати гибких роботизированных приспособлений. В долгосрочной перспективе исследователи надеются применить наработки для создания искусственных аналогов мышечных тканей.

Роботы, 3D-печатные и не очень, уже умеют выполнять массу полезных задач: делать уборку, строить автомобили и даже дискутировать о сущности бытия. Но у практически всех роботов есть общая характеристика, нередко ограничивающая их возможности – жесткость конструкции.

В то время как люди-человеки способны выполнять всевозможные хитроумные движения благодаря присущей им мягкотелости, роботы обычно изготавливаются из жестких, стойких к деформации материалов, по определению ограничивающих маневренность в тесных местах и гибкость движений в целом.

Таким образом, для развития более способной робототехники необходимо принять на вооружение гибкие, эластичные материалы, наделенные механической функциональностью.

Одним из важнейших направлений в «мягкой» робототехнике является создание искусственных мускулов, которые могли бы найти применение не только в робототехнике, но и продвинутом протезировании.

Пока что ситуация с искусственными конечностями такова, что существует немало механических и бионических аналогов, внешне похожих на настоящие руки, но неспособных к естественным движениям. Подобные манипуляторы по-своему весьма эффективны, но интегрировать их в человеческий организм может быть затруднительно.

Кван Ким, профессор из Университета Невады в Лас-Вегасе, недавно организовал исследовательский проект, направленный на разработку реалистичных робо-мышц, способных революционизировать технологии протезирования.

Совет

Для этого ему и его команде пришлось не только подобрать подходящий материал, но и найти способы управления и изготовления. В качестве производственного метода была выбрана 3D-печать.

Первым делом Киму и его команде пришлось искать материал, обладающий достаточной гибкостью и прочностью, но при этом поддающийся управлению извне. Возможных вариантов оказалось достаточно много, но исследователи решили остановиться на ионных полимер-металлических композитах.

Эти синтетические материалы представляют собой электроактивные полимеры, то есть обладают способностью изменять форму под воздействием электрического напряжения.

Источник: https://3dtoday.ru/blogs/news3dtoday/scientists-develop-artificial-muscles-from-electroactive-polymers/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector