Οι Μυϊκοί Ενεργοποιητές Θα Μπορούσαν να Μεγιστοποιήσουν τις Δυνατότητες των Ρομποτικών Λύσεων

Μια ομάδα καινοτόμων μηχανικών από το MIT δημιούργησε μόλις τώρα ενεργοποιητές βασισμένους σε μυς που θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση στη ρομποτική. Οι δημιουργικοί νους συνδύασαν έναν ειδικά σχεδιασμένο μονοκατευθυντικό ενεργοποιητή με μυϊκά κύτταρα καλλιεργημένα στο εργαστήριο. Αυτή η δομή επέτρεψε στη συσκευή να είναι ελαφριά και να βελτιώσει την απόδοση. Δείτε πώς αυτός ο νέος μυϊκός ενεργοποιητής θα μπορούσε να τροφοδοτήσει τα ρομπότ στο μέλλον.

Βιοελαστικές Κόμπες Βασισμένες σε Μυϊκούς Ενεργοποιητές

Ένα ερευνητικό άρθρο που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Advanced Intelligent Systems εξηγεί πώς ένας νέος τύπος βιοελαστικής κόμπας μπορεί να προσφέρει επαναλήψιμα και αξιόπιστα αποτελέσματα που είναι πολλές φορές πιο αποδοτικά από μια προηγούμενη προσπάθεια. Για να ολοκληρώσουν αυτήν την εργασία, η ομάδα χρειάστηκε να επανεφεύρει την έννοια της κόμπας.

Κόμπες

Οι κόμπες είναι συμμορφωτικά μηχανικά στοιχεία που μπορούν να λειτουργήσουν ως ενεργοποιητές. Ένας ενεργοποιητής είναι μια συσκευή που μπορεί να μετατρέπει κάποια μορφή ενέργειας σε ελεγχόμενη απόκριση. Βρίσκονται σε περισσότερα ρομπότ με κάποιον τρόπο και η βελτίωση αυτών των συσκευών έχει άμεσο αποτέλεσμα. Ορισμένοι ενεργοποιητές μετατρέπουν θερμότητα, πίεση, ηλεκτρισμό και μαγνητική ενέργεια.

Οι κόμπες είναι συσκευές παρόμοιες με ελατήρια που εκμεταλλεύονται μια στερεή δομή για να λειτουργήσουν ως ενεργοποιητές. Είναι δημοφιλείς στα ρομπότ επειδή μπορούν να ρυθμιστούν ώστε να παρέχουν μικρο-ακριβείς κινήσεις. Αυτοί οι ενεργοποιητές είναι μικροί και ελαφριές, κάτι που τους καθιστά ιδανικούς για αυτές τις εργασίες.

Βιουβριδικές Κόμπες

Οι μηχανικοί του MIT χρησιμοποίησαν έναν συνδυασμό νέων υλικών και σχεδίασης για να επιτύχουν καλύτερη απόδοση από τη δημιουργία τους. Για παράδειγμα, δημιούργησαν ένα πιο λεπτό σχέδιο κόμπας που λειτουργεί ως σκελετός. Η κόμπα διαθέτει μια πινέζα συνδεδεμένη με τη βασική στρώση σε κάθε γωνία. Υπάρχουν επίσης πινέζες γείωσης, κάμπας, κινητής και στήριξης.

Δημιουργήθηκαν πολλαπλά ορθογώνια το ένα μέσα στο άλλο για να παράγουν ακριβή μυϊκή τάση όταν απαιτείται. Οι μηχανικοί στη συνέχεια συνέδεσαν μυϊκές ταινίες ειδικά για να παρέχουν ακριβείς συσπάσεις. Η ομάδα διεξήγαγε μια σειρά δοκιμών και κατέγραψε τα δεδομένα. Σημαντικό είναι ότι τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά, με τη συσκευή να βελτιώνει όλες τις απαιτήσεις. Επιπλέον, τα δεδομένα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη δημιουργία των πρώτων προτύπων κατασκευής στη βιομηχανία των μαλακών ρομπότ.

Δοκιμές

Η αναφορά περιέγραψε πώς οι ερευνητές δημιούργησαν μια νέα μέθοδο δυναμικής ρύθμισης της μυϊκής σύσπασης για να βελτιώσουν την απόδοση του βιουβριδικού ενεργοποιητή τους. Οι δοκιμές ξεκίνησαν με τη μέτρηση της απόστασης μεταξύ των στηλών. Από εκεί, η κόμπα τεντώθηκε και ανταποκρίθηκε πέντε φορές.

Αυτές οι δοκιμές ανεξάρτητες από τη συχνότητα επέτρεψαν στους ερευνητές να προσδιορίσουν με ακρίβεια πότε η μυϊκή κόπωση επηρέαζε την απόδοση. Η ρύθμιση αυτή τους επέτρεψε επίσης να εξάγουν τη μέγιστη αντοχή από τις δημιουργίες τους και να δοκιμάσουν την αντοχή τους υπό πίεση. Οι πιο εντατικές δοκιμές έδειξαν ενδιαφέροντα αποτελέσματα. Για παράδειγμα, αποκάλυψαν ότι τα υψηλότερα διαστήματα εξαντλούν τις μυϊκές ίνες πιο γρήγορα.

Ρυθμιζόμενη Προσαρμοστικότητα

Οι μηχανικοί τροποποίησαν τη δύναμη της κόμπας αλλάζοντας το πόσο λεπτές ή πόσο μακριά μεταξύ τους βρίσκονται οι δοκοί που συνδέονται με τις βάσεις. Η διάταξη σχεδιάστηκε για να βελτιστοποιήσει τη φυσική κίνηση του μυός και να τη συνδυάσει με τη σκληρότητα και το εύρος κίνησης της κόμπας. Σημαντικό είναι ότι ο νέος βιουβριδικός ενεργοποιητής είναι μέχρι τώρα ο πιο ισχυρός και ακριβής.

Μπορεί να λυγίζει και να τεντώνεται με ακρίβεια νανομέτρου, καθιστώντας το ιδανικό για μικρο-ρομποτική. Επιπλέον, η αυξημένη εκτροπή προσφέρει υψηλότερη απόδοση και αξιοπιστία. Αυτοί οι παράγοντες βοήθησαν την ερευνητική ομάδα να κερδίσει μεγαλύτερο ενδιαφέρον για τα ευρήματά της.

Σκελετικά Μυϊκά Ιστούς

Η ομάδα του MIT έρευνα διαφορετικούς τύπους μυών πριν αποφασίσει για την τελική επιλογή. Το μυϊκό ιστό ποντικιού επιλέχθηκε λόγω της διαθεσιμότητας, του κόστους και της δυνατότητας καλλιέργειας σε εργαστήριο. Η προκύπτουσα μυϊκή ίνα ήταν αξιόπιστη και βοήθησε στην προώθηση του έργου προς την επιτυχία, σύμφωνα με τους ερευνητές.

Μυϊκές Ίνες vs Συνθετικοί Ενεργοποιητές

Οι μυϊκές ίνες είναι εξαιρετικές στη μετατροπή μηχανικής και ηλεκτρικής ενέργειας σε ελεγχόμενες ενέργειες. Ως εκ τούτου, είναι λογικό ότι οι μηχανικοί ρομποτικής προσπαθούν να αντιγράψουν αυτά τα οφέλη. Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς ενεργοποιητές, οι βιουβριδικοί ενεργοποιητές επιτρέπουν υπερ-ακριβείς κινήσεις. Προσφέρουν έναν συνδυασμό δύναμης, αποδοτικότητας και προσαρμοστικότητας που συνεχίζει να τους καθιστά θέμα συζήτησης.

Επιπλέον, αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούν λιγότερη ενέργεια για λειτουργία, προσφέρουν μεγαλύτερη παρακολούθηση των δυνατοτήτων και μπορούν να είναι πολύ μικρότερες. Οι κύριοι παράγοντες που καθορίζουν την ποιότητα ενός ενεργοποιητή είναι η ικανότητά του να παρέχει αξιόπιστα αποτελέσματα, η ανθεκτικότητα, η ακρίβεια και η δυνατότητα δύναμης. Οι ενεργοποιητές με μυϊκές ίνες συνεχίζουν να δείχνουν υποσχέσεις ως η ιδανική λύση για την αγορά.

Βιουβριδικά Ρομπότ

Η ιδέα των ρομπότ που χρησιμοποιούν οργανικό υλικό μπορεί να φαίνεται σαν σκηνή από ταινία επιστημονικής φαντασίας. Ωστόσο, τα βιουβριδικά ρομπότ υπάρχουν ήδη πάνω από μια δεκαετία. Αυτές οι μηχανές συνδυάζουν φυσικά στοιχεία, όπως οι μυϊκές ίνες, με λειτουργίες ρομπότ για να δημιουργήσουν εντυπωσιακά αποτελέσματα.

Ήδη, υπάρχουν ρομπότ που χρησιμοποιούν ενεργοποιητές βασισμένους σε μυς για να αντιγράψουν σύνθετες ανθρώπινες εργασίες όπως το κολύμπι ή ο χορός. Αυτά τα «μαλακά ρομπότ» αξιοποιούν ένα τεχνητό σκελετό για δομή και σταθερότητα. Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει στους μηχανικούς να δημιουργούν πιο ευέλικτες και ακριβείς κινήσεις που μπορούν να ταιριάζουν με την ευαισθησία ενός ανθρώπινου χεριού.

Τύποι Βιουβριδικών Ρομπότ

• Τα μικροοργανικά ρομπότ ενσωματώνονται ή αξιοποιούν στοιχεία κυττάρων για την εκτέλεση εργασιών. Είναι εξαιρετικά μικροσκοπικά, κάτι που τα καθιστά ιδανικά για εργασίες που απαιτούν εξαιρετική ακρίβεια. Ως εκ τούτου, αυτά τα μικροσκοπικά ρομπότ θα μπορούσαν κάποια μέρα να βοηθήσουν στην επούλωση ή να πραγματοποιούν υγειονομικές σαρώσεις του αέρα που αναπνέετε.
• Τα ρομπότ βασισμένα σε ιστό αξιοποιούν μυϊκές ίνες και άλλα ιστούς που καλλιεργούνται στο εργαστήριο. Αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να αλλάξουν το παιχνίδι στον τομέα των προθετικών. Φανταστείτε ένα ρομπότ που βοηθά τους τυφλούς να δουν ή τους αμυγδαλοαποκοπτικούς να περπατούν. Επιπλέον, ο συνδυασμός βιολογικού ιστού με τη ρομποτική μειώνει το κόστος για μικρές επαναλαμβανόμενες εργασίες και επιτρέπει μηχανές αυτο-επιδιόρθωσης.
• Τα ρομπότ βασισμένα σε σκελετό χρησιμοποιούν βιολογική σκελετική δομή που τα καθιστά ιδανικά για την αντιγραφή ορισμένων φυσικών κινήσεων. Το περπάτημα, το άλμα και ο χορός είναι όλα παραδείγματα φυσικών κινήσεων που τα ρομπότ σκελετικού τύπου συνεχίζουν να κυριαρχούν.

Προκλήσεις που Αντιμετωπίζουν τα Μαλακά Ρομπότ

Ένα από τα κύρια προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι μηχανικοί των μαλακών ρομπότ είναι η πλήρης έλλειψη ενοποιημένων εργαλείων σχεδίασης και μοντελοποίησης. Αυτή η έλλειψη τυποποίησης έχει οδηγήσει τη βιομηχανία να διασπαστεί προς όλες τις κατευθύνσεις, με πολλή προσπάθεια να χαθεί στην επανάληψη παρόμοιων εργασιών. Επιπλέον, η απρόβλεπτη φύση των βιολογικών στοιχείων προσθέτει μια ακόμη μεταβλητή με την οποία πρέπει να αντιμετωπίσουν οι μηχανικοί.

Προβλήματα Αντιγραφής

Σε αντίθεση με τα μηχανικά επεξεργασμένα εξαρτήματα που μπορούν να εγγυηθούν ότι είναι τα ίδια κάθε φορά, τα μυϊκά κύτταρα καλλιεργημένα στο εργαστήριο μπορούν να συμπεριφέρονται διαφορετικά. Για παράδειγμα, γνωρίζετε ότι ο μυς θα συσπαστεί αν τεντωθεί, αλλά το κλειδί είναι να λαμβάνετε το ίδιο αποτέλεσμα κάθε φορά χωρίς να φτάσετε στην αποτυχία.

Ως εκ τούτου, είναι περίπλοκο να δημιουργηθούν βιολογικά εξαρτήματα που παρέχουν την ίδια απόδοση. Ενδιαφέρον είναι ότι οι προόδους στην τρισδιάστατη εκτύπωση ιστών θα μπορούσαν να ανοίξουν το δρόμο για την επίλυση αυτού του ζητήματος στο μέλλον.

Πρότυπα

Η επιτυχία αυτού του εγχειρήματος θα μπορούσε να βοηθήσει στον καθορισμό κάποιων καθολικών προτύπων στον τομέα των βιουβριδικών ρομπότ. Προς το παρόν, υπάρχουν πολλά διαφορετικά έργα, που χρησιμοποιούν διαφορετικές ρυθμίσεις, για την επίτευξη του ίδιου στόχου. Η πιο πρόσφατη καινοτομία σχεδιάστηκε ώστε να είναι ένας καθολικός βιομηχανικός ενεργοποιητής.

Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει στους μηχανικούς ρομποτικής να χρησιμοποιούν αυτές τις συσκευές όποτε χρειάζεται και να μειώνουν τον χρόνο ανάπτυξης. Επιπλέον, αυτά τα εξαρτήματα μπορούν να συνδυαστούν με άλλες επιλογές για να υποστηρίξουν οποιονδήποτε τύπο ρομποτικού σκελετικού συστήματος. Αυτό το μοντέλο επιτρέπει στους μηχανικούς να δημιουργούν σύνθετα βιουβριδικά που μπορούν να ρυθμιστούν για να εξυπηρετούν συγκεκριμένους ρόλους.

Μηχανικοί του MIT

Η ομάδα των μηχανικών πίσω από αυτή τη σημαντική προσπάθεια περιλαμβάνει τους Ritu Raman, Alex d’Arbeloff, Naomi Lynch, Tara Sheehan, Nicolas Castro, Laura Rosado, Brandon Rios και τον καθηγητή μηχανολογίας Martin Culpepper. Σημαντικό είναι ότι ο Culpepper είναι γνωστός για τις επιχειρήσεις του σε μικροσκοπικούς ρομποτικούς μηχανισμούς.

Αυτή η εμπειρία και η εφευρετικότητά τους επέτρεψαν στην ομάδα να δοκιμάσει μια ποικιλία ενεργοποιητών πριν καταλήξει στην τελική απόφαση. Διαπίστωσαν ότι το εξάρτημα σε στυλ ακορντεόν επέτρεψε στον μυϊκό ιστό να συσπαστεί φυσικά, ενώ ενίσχυε τη δύναμη της ελατηρίου.

Πλεονεκτήματα της Βιουβριδικής Τεχνολογίας

Υπάρχουν πολλοί λόγοι για τους οποίους οι μηχανικοί έχουν επιδιώξει να συνδυάσουν τη βιολογία και τη ρομποτική. Αυτή η συγχώνευση θα μπορούσε να φέρει απεριόριστο δυναμικό στην αγορά. Φανταστείτε ρομπότ που γίνονται πιο ισχυρά καθώς εργάζονται ή μπορούν να θεραπεύονται και να προσαρμόζονται όταν χρειάζεται.

Αισθητηριακή Αντίληψη

Τα βιουβριδικά ρομπότ ενσωματώνουν τη βιολογία σε κυτταρικό επίπεδο, πράγμα που σημαίνει ότι αυτές οι συσκευές μπορούν να αξιοποιήσουν οργανικό υλικό. Η φύση είναι γεμάτη από καταπληκτικά αισθητήρια όργανα που μπορούν να ανιχνεύσουν τα πάντα, από την κατεύθυνση μέχρι τα ηλεκτρικά παλμούς. Οι μηχανικοί θέλουν να αξιοποιήσουν αυτούς τους φυσικούς αισθητήρες για να επεκτείνουν τις δυνατότητες των ρομπότ.

Διεπαφή Εγκεφάλου

Ένας άλλος τομέας εστίασης για τους βιουβριδικούς μηχανικούς είναι η βελτίωση του τρόπου με τον οποίο οι άνθρωποι αλληλεπιδρούν με τις μηχανές. Για παράδειγμα, ο Elon Musk έχει επενδύσει σημαντικά κεφάλαια στη διεπαφή Neural Link, η οποία συνδέεται με το νευρωνικό δίκτυο του εγκεφάλου και ερμηνεύει εντολές απευθείας από τις σκέψεις.

Προηγμένα Προθέματα

Πολλοί θεωρούν την υγειονομική περίθαλψη ως τον τομέα που μπορεί να ωφεληθεί περισσότερο από την ενσωμάτωση μαλακών ρομπότ. Σκεφτείτε ένα προθέμα κατασκευασμένο από πραγματικό μυϊκό ιστό, που το άτομο θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει για βελτίωση, και που θα αντιγράφει τις αισθήσεις που συνδέονται με το άκρο.

Βιωσιμότητα

Ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα της βιουβριδικής τεχνολογίας είναι η δυνατότητα δημιουργίας ρομπότ που ενσωματώνονται τέλεια με το περιβάλλον τους. Αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν κάποια μέρα να παρακολουθούν το περιβάλλον και ακόμη και να βοηθούν στην επιδιόρθωσή του. Για παράδειγμα, σκεφτείτε αισθητήρες που θα μπορούσαν να παρακολουθούν και να μειώνουν τα επίπεδα μόλυνσης.

Μελλοντικές Χρήσεις για Μυϊκούς Ενεργοποιητές

Υπάρχουν πολλές μελλοντικές χρήσεις για αυτό το είδος μυϊκού ενεργοποιητή. Αυτές οι ελαφριές λύσεις θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την τροφοδοσία μιας νέας γενιάς μικρο-ρομποτικής. Η θεωρία έχει αποδείξει ότι βελτιώνει την αποδοτικότητα. Ως εκ τούτου, από την αεροναυτική μέχρι την υγειονομική περίθαλψη υπάρχει μεγάλη προσοχή στις ενέργειες της ομάδας.

Τα Ρομπότ Γίνονται Πιο Ελαφριά, Μικρότερα και Πιο Ακριβή

Η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και του βάρους είναι λογική. Λαμβάνετε μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και ισχύ από τις συσκευές σας. Συνεπώς, περισσότεροι μηχανικοί αναζητούν ενεργειακά αποδοτικές επιλογές που μπορούν να προσαρμοστούν εύκολα σε διάφορα σενάρια. Ο βιουβριδικός ενεργοποιητής ενώνει τη βιολογία και τη ρομποτική αβίαστα για να βελτιώσει τη ζωή, την αποδοτικότητα και τις δυνατότητες. Για αυτούς τους λόγους, το έργο αξίζει να παρακολουθείται στο μέλλον.

Μπορείτε να μάθετε περισσότερα για συναρπαστικές εξελίξεις στη ρομποτική εδώ.