Sztuczne mięśnie rozwijają dział robotyki
Naukowcy opracowali sztuczne mięśnie, które umożliwiają robotom naturalny, dynamiczny i precyzyjny ruch co pomoże im w pracy z ludźmi.
Czy robot może poruszać się z gracją i precyzją człowieka? Inżynierowie z Northwestern University twierdzą, że są o krok bliżej odpowiedzi twierdzącej. Opracowali sztuczne mięśnie inspirowane biologią, które nie tylko naśladują funkcje mięśni człowieka, ale pozwalają robotom chodzić, kopać i podnosić przedmioty z imponującą siłą i zwinnością.
Opublikowane w lipcu badanie w czasopiśmie Advanced Materials opisuje system, który wykorzystuje 3D-drukowane cylindry zwane HSA (handed shearing auxetic), napędzane kompaktowymi silnikami elektrycznymi i zamknięte w elastycznej strukturze przypominającej miech origami. Efektem działań okazał się mięsień, który rozciąga się, kurczy, sztywnieje pod obciążeniem i podnosi przedmioty 17 razy cięższe od siebie.
Większość współczesnych robotów, jak Boston Dynamics Atlas czy roboty przemysłowe KUKA, opiera się na sztywnych strukturach i precyzyjnie sterowanych silnikach. Choć skuteczne, są mało odporne na kontakt z ludźmi i trudne do zastosowania w dynamicznych środowiskach, jak np. opieka zdrowotna czy eksploracja terenu.
Tymczasem nowe sztuczne mięśnie mogą zmienić zasady gry. Ryan Truby i jego zespół pokazali, jak połączyć „kości” z twardego plastiku, „więzadła” z gumy i mięśnie HSA, by stworzyć robotyczną nogę, która nie tylko się zgina, ale czuje własne ruchy. Czujnik wbudowany w mięsień mierzy opór elektryczny w czasie ruchu, pozwalając robotowi kontrolować, jak mocno się kurczy.
Inspirację biologią coraz częściej widać w nowoczesnej robotyce. Japoński robot HRP-5P potrafi obsługiwać narzędzia budowlane, a amerykański projekt MABEL testuje dynamiczne chodzenie w trudnym terenie. Jednak żadna z tych maszyn nie posiada tak realistycznych mięśni jak prototyp Truby’ego. Co więcej, jego system jest zasilany bateryjnie i działa przez godziny bez konieczności podłączania do zewnętrznych instalacji.
W miarę jak roboty coraz częściej pojawiają się w magazynach i szpitalach, potrzebujemy maszyn zdolnych do interakcji z ludźmi w sposób bezpieczny i naturalny. Sztywne ramiona robotów przemysłowych nie nadają się do pracy z dziećmi czy osobami starszymi. Miękkie, podatne na ugięcie mięśnie są mniej niebezpieczne i bardziej dostępne dla ludzi.
Równie ważne są możliwości medyczne. Sztuczne mięśnie mogą z czasem stać się podstawą dla protez nowej generacji, które reagują na sygnały nerwowe i poruszają się jak naturalne kończyny. W 2023 roku naukowcy z MIT pokazali biohybrydowe ramie sterowane impulsami elektrycznymi, które może być wykorzystane w neuroprotetyce.
Nie wszystko jednak działa idealnie. Wyzwania pozostają: jak zwiekszyć trwałość materiałów? Jak zintegrować takie mięśnie z systemami sterowania AI? Jak produkować je na masową skalę? Kierunek jednak jest określony, roboty przyszłości nie będą już metalowymi pudłami na kółkach, ale organizmami inspirowanymi naturą.
Jeśli badania Truby’ego znajdą praktyczne zastosowanie, może to oznaczać prawdziwy przełom. Od humanoidalnych pomocników po eksploracyjne roboty terenowe, sztuczne mięśnie mogą uczynić je sprawniejszymi, bezpieczniejszymi i bardziej podobnymi do nas.
Szymon Ślubowski
