Opracowali oni elektrofluidalne włókna mięśniowe, które naśladują ludzką biologię bez użycia ani jednego klasycznego silnika czy zewnętrznej pompy. Dzięki temu rozwiązaniu przyszłe roboty nie tylko będą wyglądać jak my, ale zaczną poruszać się niemal bezszelestnie, a egzoszkielety staną się tak lekkie i dyskretne jak zwykła odzież.
Koniec z głośną hydrauliką? Mięśnie, które pompują się same
Tradycyjna robotyka miękka od dawna korzysta z tzw. aktuatorów McKibbena – elastycznych rurek, które pod wpływem ciśnienia płynu kurczą się i rozszerzają, generując ruch liniowy. Problem polegał na tym, że aby taki „mięsień” zadziałał, robot musiał być podłączony do wielkiej, hałaśliwej aparatury hydraulicznej lub sprężarki. Zespół pod kierownictwem Ozgun Kilic Afsar rozwiązał ten problem, miniaturyzując cały system do poziomu pojedynczego włókna.
Kluczem do sukcesu jest zintegrowanie aktuatora z miniaturową pompą półprzewodnikową opartą na elektrohydrodynamice. Brzmi to skomplikowanie, ale zasada działania jest genialna w swojej prostocie. Ruch odbywa się tu bez części ruchomych – sama pompa nie ma ani tłoków, ani zębatek. Ciśnienie generowane jest poprzez, wstrzykiwanie ładunku elektryczny do specjalnego płynu, co tworzy jony przyciągające za sobą resztę cieczy. Ponieważ system nie ma wirujących elementów, pracuje całkowicie bezgłośnie. Wszystkie komponenty mieszczą się w milimetrowej skali, co pozwala na tworzenie niezwykle lekkich konstrukcji.
Czytaj też: Panther to pierwszy robot humanoidalny, który naprawdę posprząta Twój dom
By dojść do takiego rozwiązanie, naukowcy podpatrzyli naturę i ułożyli włókna w pary – dokładnie tak, jak działają nasz biceps i triceps. Gdy jedno włókno się kurczy, drugie się rozciąga, co pozwala na płynny ruch i eliminuje potrzebę stosowania zewnętrznych zbiorników na płyn. Dzięki takiemu podejściu masa robota może być rozłożona równomiernie wzdłuż całych kończyn, a nie tylko w okolicach „stawów”, co drastycznie zmienia dynamikę ruchu i pozwala na budowę maszyn o znacznie smuklejszych sylwetkach.
Stabilność pod ciśnieniem: Jak oszukać fizykę?
Jednym z największych wyzwań, z jakimi musieli zmierzyć się badacze z MIT, była stabilność wewnętrzna systemu. Włókna te są niezwykle czułe na zmiany ciśnienia. Jeśli spadnie ono zbyt nisko, dochodzi do zjawiska kawitacji – wewnątrz płynu tworzą się pęcherzyki pary, które mogą uszkodzić pompę lub całkowicie ją zablokować.
Czytaj też: Mikroboty bez oczu. Przełomowy system sterowania magnetycznego z SMU
Jak więc to rozwiązano? Tutaj z pomocą przyszło tzw. ciśnienie wstępne. Inżynierowie mogą teraz „stroić” swoje robotyczne mięśnie niczym struny instrumentu. Odpowiednie ustawienie ciśnienia początkowego pozwala wybrać priorytet dla danego zadania. W ten sposób niższe ciśnienie wstępne pozwala na błyskawiczne reakcje, idealne do szybkich gestów czy łapania upadających przedmiotów. Z kolei wyższe ciśnienie gwarantuje potężniejszy skurcz, co przyda się w egzoszkieletach pomagających dźwigać ciężary.
Czytaj też: Kiedy biologia spotyka robotykę, a maszyny zaczynają „myśleć”
Eksperci, którzy recenzowali pracę opublikowaną w Science Robotics, podkreślają, że to ogromny krok w stronę bezpiecznej interakcji człowiek-maszyna. Robot napędzany takimi włóknami jest z natury „miękki” – w razie kolizji z człowiekiem nie zadziała jak sztywny, stalowy taran, lecz ugnie się pod wpływem nacisku, podobnie jak ludzkie ramię.
Źródło: Science Robotics, MIT
