Mówi: | Robert Katzschmann |
Firma: | Politechnika Federalna w Zurychu |
Ruch robotów coraz bardziej podobny do człowieka i zwierząt. Sztuczne mięśnie mogą zmienić sposób ich projektowania
Miękki robot stworzony przez niemieckich i szwajcarskich naukowców wykonuje ruchy zbliżone do takich, które obserwujemy u ludzi i zwierząt. Elektrohydrauliczne siłowniki połączone ze szkieletem ścięgnami działają jak prawdziwe mięśnie. Urządzenie, w porównaniu do tych, które napędzane są silnikami – jest dużo bardziej efektywne energetycznie, a także lepiej radzi sobie w niestandardowym otoczeniu, i to bez konieczności stosowania jakichkolwiek czujników. Elektrohydrauliczna noga prawdopodobnie znajdzie zastosowanie w urządzeniach takich jak np. chwytaki.
– Robotyczna noga, którą opracowaliśmy, odróżnia się w kilku aspektach od tych stosowanych dotychczas. Jedną z najwyraźniejszych różnic jest fakt, że w przypadku tradycyjnych nóg stosowany jest silnik z układem napędowym. Zasadniczo jest to przekładnia, a przez silnik mam na myśli układ, który ma magnesy, przewody i się obraca. Mamy jedno złącze i kolejne, które tworzą staw. W naszej nodze wykorzystujemy „mięśnie”, które są połączone od zewnątrz ze stawem, podobnym do tego, który mamy w naszym ciele. W całym naszym układzie szkieletowym mamy stawy i nie mają one silników. Uzyskujemy podobny efekt poprzez połączenie sztucznych mięśni ze sztucznymi ścięgnami po zewnętrznej części stawów i wokół nich – informuje w wywiadzie dla agencji Newseria Innowacje Robert Katzschmann z Politechniki Federalnej w Zurychu.
Urządzenie zostało opracowane wspólnie z naukowcami z Instytutu Maxa Plancka ds. Inteligentnych Systemów (MPI-IS). Noga, podobnie jak u ludzi i zwierząt, jest wyposażona w odpowiedniki mięśni zginacza i prostownika. Odpowiadające za ruch elektrohydrauliczne siłowniki są do szkieletu przymocowane za pomocą ścięgien. Same siłowniki to wypełnione olejem plastikowe torby, pokryte z obu stron do około połowy elektrodą. Gdy do elektrod zostanie przyłożone napięcie, te przyciągają się do siebie, wypychając olej w torbie na jedną stronę, przez co ona się skraca. Podobnie jak ma to miejsce w przypadku naturalnych mięśni parzystych – gdy jedna się kurczy, druga się rozciąga, co skutkuje ruchem.
– Główną zaletą systemu jest to, że spełnia on definicję mechanizmu podatnego. Jeśli się uderzę, upadnę na ziemię, powstałe siły przechodzą przez mięśnie, które również pełnią funkcję amortyzatora, będącego także elementem mechanizmu podatnego. Przypomina to metodę poruszania się zwierząt i ludzi – używamy mięśni do złagodzenia skutków uderzenia, do przyjęcia ciosu. Gdy nadepniemy na coś przednią częścią stopy, zaciskamy mięśnie podudzia, aby przyjąć siłę uderzenia podczas upadku. Dzięki mięśniom, które mogą się skurczyć i zmieniać poziom napięcia i zachowanie, możemy zapewnić bardziej naturalne ruchy. Pozwala to nam przykładowo skakać po kamienistym podłożu przy różnym położeniu głazów, trawy i kamieni. Noga może pokonać te przeszkody dzięki temu samemu podejściu, przy czym podobnie będzie też na innych podłożach z wykorzystaniem tego samego rodzaju napędu – wyjaśnia Robert Katzschmann.
Kluczowym aspektem jest dostosowanie się do terenu. W przeciwieństwie do silników elektrycznych wymagających czujników, aby stale informować, pod jakim kątem znajduje się noga robota, sztuczny mięsień dostosowuje się do odpowiedniej pozycji poprzez interakcję z otoczeniem. Jest to napędzane tylko przez dwa sygnały wejściowe: jeden do zgięcia stawu i jeden do jego wyprostowania.
– W przyszłości będziemy mogli myśleć o budowaniu robotów w inny sposób, czyli konstruowaniu robotów z wykorzystaniem „mięśni” jako silników. Możemy zacząć myśleć o robotach, które w sposobie, w jaki zostały zaprojektowane, i w sposobie zachowania są z natury bardziej odpowiednie do przebywania w środowisku zdominowanym przez ludzi. Jeśli chcemy, aby roboty pomagały nam w domu, aby poruszały się po terenie fabryki i wykonywały dane zadania, nie będziemy potrzebowali metalowej maszyny wyposażonej w silniki i złącza, lecz możemy zastosować miękkie materiały z tworzyw sztucznych do stworzenia mięśni i szkieletu z włókna węglowego do budowy lekkich robotów, które nie są ciężkimi maszynami, lecz lekkimi, inspirowanymi biologią i bardziej łagodnymi istotami, które mogą wchodzić w interakcję z człowiekiem – przewiduje naukowiec.
Dodatkową zaletą rozwiązania jest energooszczędność. Badacze porównali efektywność energetyczną swojej robotycznej nogi z efektywnością konwencjonalnej robotycznej nogi napędzanej silnikiem elektrycznym. Przeanalizowali m.in. to, ile energii jest niepotrzebnie zamieniane na ciepło. Okazało się, że zwykła zmechanizowana noga zużywa znacznie więcej energii, jeśli na przykład musi utrzymać zgiętą pozycję, podczas gdy temperatura w elektrohydraulicznej nodze pozostaje taka sama. Urządzenie, mimo że już w obecnym kształcie stwarza ogromne możliwości, będzie jeszcze dopracowywane.
– Jest jeszcze kilka rzeczy, które chcemy poprawić. Pracujemy nie tylko nad możliwością skurczania mięśni, lecz również nad ich rozciąganiem. W pierwszej konstrukcji objętej badaniem mogą się już całkiem dobrze skurczać, lecz jeżeli chodzi o fazę rozciągania, mięśnie nie rozciągają się odpowiednio. Ogranicza to ich wydajność. Pracujemy nad innymi mechanizmami pozwalającymi nam na stworzenie mięśni, które są miękkie i mają możliwość rozciągania, ponieważ w ruchu mięśni antagonistycznych, jeśli chcemy uzyskać naprawdę szeroki zakres ruchu, musimy być w stanie bardzo rozciągnąć przeciwstawny mięsień, aby uzyskać duży zakres skurczu drugiego mięśnia. To jest jeden z obszarów do poprawy. Drugi obszar wymagający udoskonalenia dotyczy tworzenia układów zasilania, to znaczy elektroniki, która zapewnia prąd i napięcie dostarczane do naszych mięśni. Umieszczamy je wszystkie w robocie, w tej mobilnej jednostce. To jest kolejny ważny etap naszych działań, którym się obecnie zajmujemy – podkreśla badacz.
Według Business Research Insights światowy rynek miękkich robotów był w 2023 roku wyceniany na 1,2 mld dol. Do 2032 roku jego wartość ma wzrosnąć do 45 mld dol. Jednym z czynników napędzających rozwój rynku będzie rosnący popyt na automatyzację w różnych branżach. Miękkie roboty sprawdzają się m.in. w obsłudze delikatnych przedmiotów, kompletowaniu i pakowaniu towaru w magazynach oraz w pracy w innych sytuacjach, w których typowe sztywne roboty są bezużyteczne.
Czytaj także
- 2024-10-23: Polska w końcówce krajów wdrażających w firmach sztuczną inteligencję. Bolączką jest brak kompetencji cyfrowych u menedżerów
- 2024-09-26: Polska prezydencja w Radzie UE będzie szansą na kształtowanie polityki gospodarczej Unii. Przedsiębiorcy mają swoje oczekiwania
- 2024-10-09: Cyfrowi kontrolerzy lotów nie zastąpią na razie całkowicie ludzi. Zaawansowane technologie będą jednak wspierać zarządzanie ruchem lotniczym
- 2024-09-09: Coraz więcej młodych ludzi chce zostać rzecznikiem patentowym. Trwa nabór na aplikację rzecznikowską
- 2024-09-30: Giganci farmaceutyczni inwestują w sztuczną inteligencję. Chcą szybciej i taniej opracowywać kandydatów na leki
- 2024-08-27: Ogromny postęp w leczeniu dotychczas nieuleczalnego rdzeniowego zaniku mięśni. Poprawę stanu zdrowia i kondycji psychicznej odnotowało aż 80 proc. pacjentów
- 2024-08-30: Branża logistyki coraz bardziej zautomatyzowana. Rozładunkiem towaru zajmują się autonomiczne wózki, a inwentaryzacją roboty stukrotnie szybsze niż człowiek
- 2024-08-12: Polska kształci za mało specjalistów od sztucznej inteligencji. To bariera w wykorzystaniu tej technologii w gospodarce i nauce
- 2024-07-09: Poprawa dostępu do finansowania może napędzić innowacje w firmach. Banki będą miały do odegrania ważną rolę w transformacji cyfrowej i energetycznej gospodarki
- 2024-07-12: Małe firmy mają utrudniony dostęp do finansowania działalności innowacyjnej. Fundusze unijne pomogą odblokować środki na takie inwestycje
Kalendarium
Więcej ważnych informacji
Jedynka Newserii
Jedynka Newserii
Przemysł
Nowe otwarcie unijnej polityki gospodarczej. Polska prezydencja w Unii szansą na korzystne zmiany dla przedsiębiorców
Z początkiem stycznia 2025 roku Polska obejmie rotacyjną prezydencję w Radzie UE i przez pół roku będzie przewodniczyć jej pracom. To szansa na wprowadzenie zmian do unijnej agendy, przedefiniowanie strategii rozwoju Wspólnoty i korektę polityki gospodarczej. Kluczowe zmiany, których oczekują przedsiębiorcy, to między innymi wzmocnienie i ochrona jednolitego rynku UE w związku z nowymi wyzwaniami, związanymi m.in. z rosnącą rolą Chin i wyborami prezydenckimi w Stanach Zjednoczonych.
Handel
Eksport produktów spożywczych z Polski spowalnia. Producentom coraz trudniej konkurować niższą ceną
W ciągu ośmiu miesięcy 2024 roku polscy rolnicy wyeksportowali tylko o 0,5 proc. więcej żywności niż w takim samym okresie poprzedniego roku. Wartość eksportu wyrażona w złotych nawet spadła (o 5,6 proc.) ze względu na umocnienie polskiej waluty do dolara i euro, w którym większość polskiego eksportu jest rozliczana. Problemem polskiego rolnictwa są wysokie koszty produkcji spowodowane m.in. wprowadzaniem Europejskiego Zielonego Ładu, koncentracja eksportu na nasyconych rynkach europejskich i brak rozpoznawalnych globalnie marek.
Ochrona środowiska
Ekstremalne zjawiska pogodowe w Polsce to kilka miliardów strat rocznie. To duże wyzwanie dla branży ubezpieczeniowej
W ciągu niespełna dwóch dekad ekstremalne zjawiska pogodowe spowodowały około 115 mld zł bezpośrednich strat – wynika z analizy IOŚ-PIB. To rocznie średnio 6 mld zł strat. Najbardziej kosztowne są susze i powodzie, które ze względu na zmiany klimatu mogą pojawiać się coraz częściej. To rodzi wiele wyzwań związanych z ubezpieczaniem mienia.
Partner serwisu
Szkolenia
Akademia Newserii
Akademia Newserii to projekt, w ramach którego najlepsi polscy dziennikarze biznesowi, giełdowi oraz lifestylowi, a także szkoleniowcy z wieloletnim doświadczeniem dzielą się swoją wiedzą nt. pracy z mediami.