Представьте себе гибкие хирургические инструменты, которые могут крутиться и поворачиваться во всех направлениях, как миниатюрные щупальца осьминога. А как насчет больших и мощных робототехнических щупалец, которые могут безопасно работать рядом с людьми на производственных линиях.
Новое поколение роботизированных инструментов появилось благодаря комбинации сильных «мышц» и чувствительных «нервов», созданных из интеллектуальных полимерных материалов. Группа исследователей, во главе с экспертами по интеллектуальным материалам профессором Стефаном Зелеке и младшим профессором Джанлукой Риццелло из Саарландского университета, изучает фундаментальные аспекты в этой области мягкой робототехники.
«Наша технология основана на интеллектуальных полимерных системах и позволяет нам создавать новые мягкие роботизированные инструменты, которые легче, маневреннее и гибче, чем жесткие компоненты, используемые сегодня», - объясняет Зелеке.
В качестве материала для изготовления этих новых мягких роботов-манипуляторов используется особый вид полимера - диэлектрический эластомер. Исследователи используют этот композитный материал для создания искусственных мышц и нервов. «Мы печатаем электроды на обеих сторонах эластомерного материала. Когда мы подаем напряжение, два электрода притягиваются друг к другу, сжимая полимер и заставляя его расширяться в стороны, - говорит д-р Риццелло, младший профессор по адаптивным системам на основе полимеров. - Таким образом, эластомер можно заставить сокращаться и расслабляться, как мышечная ткань. Мы используем это свойство при разработке наших приводов». Точно изменяя электрическое поле, инженеры могут заставить эластомер совершать высокочастотные колебания, плавно изменяемые движения или оставаться неподвижным в конкретном промежуточном состоянии.
Затем исследователи объединяют большое количество этих маленьких «мышц», чтобы создать гибкую руку робота. Взаимодействие между мышцами создает движения, имитирующие движения щупальца осьминога, которое может скручиваться и поворачиваться во всех направлениях. В отличие от тяжелых, жестких роботизированных конечностей, которые используются в настоящее время и могут выполнять движения только в определенных направлениях, эти новые роботизированные щупальца могут свободно двигаться практически в любом направлении.
Риццелло отвечает за блок управления (то есть «мозг» робота) входными данными, необходимыми для разумного перемещения руки - очень сложная и амбициозная задача. «Эти системы значительно сложнее, чем используемые сегодня манипуляторы. Использование искусственного интеллекта для управления компонентами на основе полимеров значительно сложнее, чем управление обычными мехатронными системами», - объясняет Риццелло. Поскольку эластомерные мышцы также обладают сенсорными свойствами, они могут действовать как «нервы», а это означает, что рука не нуждается в оснащении дополнительными датчиками. «Каждое искажение эластомера, каждое изменение его геометрии вызывает изменение емкости материала, что позволяет команде назначить точное значение электрической емкости для любой конкретной деформации эластомера. Измеряя емкость, мы точно знаем, какую форму принял эластомер», - объясняет Риццелло.
Затем эти количественные данные можно использовать для точного моделирования и программирования движения. В центре внимания исследовательской работы Риццелло находится разработка интеллектуальных алгоритмов, которые могут обучить эти новые щупальца роботов двигаться и реагировать требуемым образом. «Мы пытаемся раскрыть, какие физические свойства ответственны за поведение этих полимеров. Чем больше мы знаем, тем точнее мы можем разработать алгоритмы для управления эластомерными мышцами», - говорит Риццелло.
Технология, разрабатываемая в Сааре, будет масштабируемой. Его можно использовать для создания миниатюрных щупалец для медицинских инструментов или для изготовления больших роботов-манипуляторов для промышленного применения. Но в отличие от тяжелых роботов-манипуляторов, которые используются сегодня, конечности роботов, построенные из интеллектуальных эластомеров, будут намного легче.
Комментарии
(0) Добавить комментарий