0

Ученые разработали роботизированную руку с искусственными мышцами

Искусственные мышцы вместо привычного механизма: эта технология делает роботизированную руку, разработанную немецкими учеными еще более мобильной. (Изображение: Oliver Dietze)

Ученые из университета Заарланд в Германии создали роботизированную руку без жестких суставных частей. Они снабдили ее искусственными мышцами, что сделало ее более гибкой. Новинка представляется на ежегодной ярмарке-выставке в Ганновере.

Слоновий хобот и щупальца осьминога обязаны своей необычайной гибкостью отсутствию суставов и прочных костей, которые бы сильно ограничивали движение. У животных не возникает трудностей с гибким и разносторонним управлением конечностями благодаря тысячам различных мускул. При разработке роботизированных конечностей, за основу берется человеческая рука, которая в силу присутствия костей и суставов сильно ограничена в гибкости. Инженеры из Германского Университета Заарланд взяли слоновий хобот в качестве модели для своих роботизированных рук: они разрабатывают роботизированные руки, которые не имеют суставов и жесткого скелетного каркаса, но при этом очень податливы, легки, и могут действовать чрезвычайно проворно.

Искусственные мышцы делают движения более гибкими

В проекте, финансируемом немецким научно-исследовательским сообществом, профессор Стефан Зелецке и его команда работают вместе с исследователями из Дармштадтского университета над тонкими, точно контролируемыми искусственными щупальцами: в будущем они могут использоваться в качестве помощника при операциях на сердце или в качестве эндоскопа для гастроскопии и колоноскопии. Для этого исследователи оснастили щупальца дополнительными функциями, такими как жёсткий наконечник для толкающих движений или захвата. Технология возможна к воплощению и в больших масштабах: к примеру, было бы возможно создать большую роботизированную конечность размером со слоновий хобот.

Решающим фактором остаются искусственные мышцы, которые исследовательская группа Заарбрюккен внедряет в роботизированные конечности: искусственные мышечные волокна состоят из тончайших проводов никель-титана, способных к напряжению и расслаблению. Они сокращаются, как настоящие мышцы, в зависимости от того, течет в них ток или нет. Зелецке объясняет: “никель-титановый сплав обладает так называемой памятью формы. Если проволока из этого материала согнута, она может вернуться к своей первоначальной форме. Когда ток протекает через такую проволоку, она нагревается, и ее кристаллическая структура изменяется, сокращая себя. Если питание отключено, волокна охлаждаются и снова становятся длинными.”

Тончайшие нити образуют искусственные мышцы

Группа ученых кафедры Интеллектуальных Материальных Систем связывает тонкие нити, подобно мышечным волокнам. «Большее количество проводов выделяют больше тепла за счет большей площади поверхности, что позволяет нам достигать быстрых сокращений. Провода имеют самую высокую энергоёмкость из всех известных приводных механизмов. Они способны развивать высокие тяговые усилия в ограниченном пространстве», - объясняет Зелецке, который также проводит исследования в Центре мехатроники и технологий автоматизации (Zema) со своей исследовательской группой. Там они разрабатывают различные применения для проводов: от новой системы охлаждения до клапанов и насосов.

В своих роботизированных руках инженеры соединяют жгуты проводов как мышцы-сгибатели и разгибатели, так что их взаимодействие создает плавное движение. «В случае щупальца, которое в будущем может быть использовано в медицине в качестве катетера или эндоскопа, мы можем говорить о диаметре порядка 300–400 микрон». В противном случае ни одна технология привода не сможет поместиться в пределах человеческих органов, что до сих пор ограничивало возможности при проведении известных катетерных процедур», - объясняет Пол Моцки, автор кандидатской диссертацию о проводах с памятью формы и ассистент исследовательской команды Зелецке.

Роботизированная конечность без сложных приводов

В отличие от существующих технологий, роботизированные щупальца очень точно управляемы и могут выполнять несколько функций одновременно в качестве инструмента, например, с помощью функционального наконечника. Исследователи моделируют и программируют шаблоны движения для управления на основе полупроводниковой микросхемы. Система работает без каких-либо датчиков. Сами провода предоставляют все необходимые данные. «Материал проводов обладает сенсорными свойствами. Блок управления использует данные измерения электрического сопротивления для постоянного определения точного положения и ориентации проводов», - объясняет Пол Моцки.

В отличие от современных стандартных роботизированных манипуляторов, в которых используются электродвигатели, сжатый воздух или гидравлика, роботизированные манипуляторы исследователей из Саарбрюккена работают полностью независимо от использования массивного приводного оборудования. Все что необходимо проводам это наличие электричества. «Это делает их легкими, адаптируемыми, тихими и сравнительно недорогими в производстве», - объясняет профессор Зелецке. Исследователи продемонстрируют свои прототипы и потенциал так называемых континуальных роботов на ежегодной ярмарке- выставке в Ганновере.

Возврат к списку

Хотите подписаться на статьи электронного журнала "Электрорешения"?