Recite „zdravo“ robotima budućnosti: dovoljno su mekani i fleksibilni da se odbijaju od zidova ili stisnu u uske prostore. A kada završite sa njima, možete da bacite ove mašine u kantu za kompost da se razgrade.
To je vizija tima inženjera, uključujući diplomirani student CU Boulder Ellen Rumlei. U radu objavljenom prošlog meseca u časopisu Science Advances, istraživači su opisali svoje dizajne za novu vrstu robotskih aktuatora ili „veštačkih mišića“. Grupni aktuatori, koji rade tako što pomeraju tečnost u mekanim kesama, mogu pokretati robotske ruke i noge pokretima nalik na život. Takođe se prirodno rastvaraju u zemljištu tokom perioda od nekoliko meseci, što ih čini mnogo održivijim od prethodnih modela.
„Možete da ih odložite u industrijsku kantu za kompost“, rekao je Ramli, koautor nove studije i istraživač na Odseku za mašinstvo Paula M. Radija u CU Boulderu. „Nadamo se da će projekat inspirisati druge inženjere da razviju robotiku imajući na umu održivost.“
Projekat je nastao kao rezultat dugotrajnog napora koji je vodio Kristof Keplinger, bivši docent mašinstva na CU Boulderu, a sada direktor Instituta Maks Plank za inteligentne sisteme u Štutgartu, Nemačka. 2018. godine, on i njegove kolege debitovali su sa linijom veštačkih mišića koje nazivaju hidraulički pojačani samoisceljujući elektrostatički (HASEL) aktuatori. Poput ljudskih mišića, ovi aktuatori mogu savijati robotske ruke poput bicepsa ili stiskati kandže i hvataljke.
Ali ono što do sada nisu mogli da urade je nestanak na deponiji.
U novoj studiji, tim je razvio seriju mekih robotskih aktuatora u potpunosti napravljenih od održivih sastojaka. Mišići su otprilike jednako raznovrsni kao i tradicionalni HASEL aktuatori i, u nekim slučajevima, mogu se savijati 100.000 ciklusa ili više bez lomljenja.
„Bilo je posebno uzbudljivo što smo na kraju dobili sistem materijala koji je u potpunosti biorazgradiv i koji još uvek može da odgovara ključnim pokazateljima performansi aktuatora napravljenih od ne-biorazgradivih materijala“, rekao je Keplinger, suosnivač Artimus Robotics, kompanije sa sedištem u Boulderu. razvija i prodaje HASEL aktuatore.
„Održivost novog sistema materijala sada otvara veoma zanimljive puteve za aplikacije koje zahtevaju komponente dizajnirane za jednokratnu ili kratkoročnu upotrebu, na primer, u oblasti rukovanja hranom ili medicinske primene.
Sama Ramlijeva potraga za drugom vrstom robota seže godinama unazad. Kao srednjoškolka u Enkoridžu na Aljasci, Ramli je pripadala robotskom klubu gde je naučila da dizajnira robote za takmičenja FIRST Tech Challenge. Nikada nije mogla da prevaziđe neeleganciju tvrdih robota napravljenih od metala i plastike.
„Osećala sam da je krutost robota veliki ograničavajući faktor njihovih fizičkih sposobnosti“, rekla je Rumli, koja je započela postdiplomske studije u Boulderu pre nego što se preselila u Nemačku 2020. da radi kao gostujući istraživač u Keplingerovoj laboratoriji. „To je bilo posebno uznemirujuće kada ste videli osobu kako hoda pored robota.“
Meki roboti bi, međutim, potencijalno mogli da reše ta pitanja kombinovanjem napretka u inženjeringu sa mekoćom i fleksibilnošću bioloških organizama.
HASEL aktuatori se sastoje od transformatorskog ulja unutar plastičnih kesa, koje su delimično prekrivene tankim slojem električnog provodnika. Ako primenite struju preko provodnika, kesa će se „zakopčati“, rekao je Ramli, istiskujući tečnost sa jednog kraja na drugi. Kao rezultat toga, kesice menjaju oblik i mogu primeniti silu na uređaje kao što je robotski ud.
Keplinger je pomogao osnivanju Artimus Robotics-a da komercijalizuje aktuatore 2018. zajedno sa Timom Morrisseiem, Eric Acomeom, Shaneom Mitchell i Nick Kellarisom uz podršku Venture Partners u CU Boulderu. Kellaris, koji je doktorirao na CU Boulderu iz nauke o materijalima i inženjerstva 2020. godine, takođe je bio koautor novog rada.
U novoj studiji, Rumlei i njene kolege su krenule da identifikuju održive komponente koje bi mogle zameniti svaki deo tih ranih dizajna.
„Bili smo u potrazi za savršenom kombinacijom kompatibilnih materijala koji bi napravili biorazgradivi mišić visokih performansi“, rekla je ona.
Kao deo sistematskog i opsežnog napora u oblasti nauke o materijalima, Rumlei i njene kolege su testirale različite biorazgradive kandidate za zamenu plastičnih kesa u njihovim aktuatorima. Jedna dobra opcija, biorazgradiva poliesterska mešavina, obično se koristi u torbama za kupovinu i čak je bila otisnuta slikama šargarepe.
Konačni dizajni tima za veštačke mišiće mogu da podignu skoro isto kao i obični HASEL aktuatori i degradiraju se u postrojenju za kompostiranje za oko 6 meseci.
Ramli, koja je 2020. godine dobila stipendiju za diplomske studije Nacionalne naučne fondacije SAD, steći doktorsku diplomu na CU Boulderu, ali će ostatak svog vremena provesti kao student u Evropi. Tamo je naučila da govori malo nemački i uživa u međunarodnom životu, iako ponekad čezne za prostranim pejzažima Kolorada i Aljaske.
„Nedostaje mi da gazim u reku i da ulovim lososa“, rekla je. „Ovo nije veliko u Nemačkoj.“
Ali inženjer kaže da je vredno toga biti deo tima istraživača koji pomažu da se uvede nova era robotike. Keplinger je, na primer, zamislio da bi HASEL aktuatori jednog dana mogli da napajaju „egzoodela“ nalik Gvozdenom čoveku koja bi mogla pomoći ljudima koji su paralizovani da hodaju.
„Aplikacije su zaista uzbudljive, posebno za uređaje koji mogu pomoći ljudima koji su fizički oštećeni“, rekao je Ramlei. „Motivisan sam da razvijem tehnologiju koja je sposobna da osnaži populaciju sa nedovoljno opsluživanja.“
