Bilo da se radi o električnoj protezi koja pomaže osobi koja je izgubila ud ili nezavisnom robotu koji se kreće po spoljašnjem svetu, tražimo od mašina da obavljaju sve složenije, dinamičnije zadatke. Ali standardni električni motor je dizajniran za stabilne, stalne aktivnosti poput pokretanja kompresora ili okretanja pokretne trake — čak i ažurirani dizajni troše mnogo energije kada se prave komplikovanije pokrete.
Istraživači sa Univerziteta Stanford izmislili su način da pojačaju elektromotore kako bi bili mnogo efikasniji u izvođenju dinamičkih pokreta putem novog tipa aktuatora, uređaja koji koristi energiju da bi stvari pokrenule. Njihov aktuator, objavljen u Science Robotics, koristi opruge i kvačila za obavljanje različitih zadataka sa delićom potrošnje energije tipičnog električnog motora.
„Umesto da troši mnogo struje da bi samo sedeo i zujao i stvarao toplotu, naš aktuator koristi ove kvačila da bi postigao veoma visok nivo efikasnosti koji vidimo od elektromotora u kontinuiranim procesima, bez odustajanja od kontrole i drugih karakteristika koje čine električni motori su atraktivni“, rekao je Stiv Kolins, vanredni profesor mašinstva i stariji autor rada.
Kreće u akciju
Pokretač funkcioniše tako što koristi sposobnost opruga da proizvedu silu bez upotrebe energije – opruge se odupiru istezanju i pokušavaju da se vrate na svoju prirodnu dužinu kada se otpuste. Kada aktuator, recimo, spušta nešto teško, istraživači mogu uključiti opruge tako da se istegnu, skidajući deo opterećenja sa motora. Zatim, zaključavanjem opruga u ispruženom položaju, ta energija se može uskladištiti kako bi pomogla motoru u drugom zadatku kasnije.
Ključ za brzo i efikasno aktiviranje i otpuštanje opruga je serija elektroadhezivnih kvačila. Svaka gumena opruga je u sendviču između dva kvačila: jedno koje povezuje oprugu sa spojem da bi pomoglo motoru i jedno koje zaključava oprugu u rastegnutom položaju kada se ne koristi.
Ova kvačila se sastoje od dve elektrode – jedne pričvršćene za oprugu i jedne pričvršćene za okvir ili motor – koje glatko klize jedna pored druge kada nisu aktivne. Da bi uključili kvačilo, istraživači primenjuju veliki napon na jednu od njegovih elektroda. Elektrode se skupljaju uz zvučni klik – kao brža, jača verzija statičkog elektriciteta koji čini da se balon zalepi za zid nakon što ga trljate o tepih. Otpuštanje opruge je jednostavno kao uzemljenje elektrode i smanjenje njenog napona na nulu.
„Lake su, male su, zaista su energetski efikasne i mogu se brzo uključiti i isključiti“, rekao je Erez Krimski, glavni autor rada, koji je nedavno završio doktorat. u Collinsovoj laboratoriji. „A ako imate puno opruga sa kvačilom, to otvara sve ove uzbudljive mogućnosti kako možete da ih konfigurišete i kontrolišete da biste postigli zanimljive rezultate.“
Pogon koji su napravili Collins i Krimski ima motor proširen sa šest identičnih spojenih opruga, koji se mogu uključiti u bilo kojoj kombinaciji. Istraživači su proveli dizajn kroz seriju izazovnih testova kretanja koji su uključivali brzo ubrzanje, promenu opterećenja i glatko, stabilno kretanje. Pri svakom zadatku, povećani motor je koristio najmanje 50% manje snage od standardnog elektromotora i, u najboljem slučaju, smanjio potrošnju energije za 97%.
Sa znatno efikasnijim motorima, roboti bi mogli putovati dalje i postići više. Robot koji može da radi ceo dan, umesto samo sat ili dva pre nego što treba da se napuni, ima potencijal da preduzme mnogo značajnije zadatke. I postoji mnogo nesigurnih situacija – koje uključuju toksične materijale, opasna okruženja ili druge opasnosti – u kojima bismo više voleli da pošaljemo robota nego da rizikujemo osobu.
„Ovo ima implikacije i na pomoćne uređaje poput protetike ili egzoskeleta“, rekao je Krimski. „Ako ne morate da ih stalno punite, oni mogu imati značajniji uticaj na ljude koji ih koriste.“
Trenutno je potrebno nekoliko minuta da kontroler aktuatora izračuna najefikasniji način korišćenja kombinacije opruga za postizanje potpuno novog zadatka, ali istraživači imaju planove da znatno skrate taj vremenski okvir. Oni zamišljaju sistem koji može da uči iz prethodnih zadataka, stvarajući rastuću bazu podataka o sve efikasnijim pokretima i koristeći veštačku inteligenciju za intuiciju kako efikasno postići nešto novo.
„Postoji gomila malih podešavanja kontrole i dizajna koje bismo želeli da uradimo, ali mislimo da je tehnologija zaista na mestu gde je spremna za komercijalno prevođenje“, rekao je Kolins. „Bili bismo uzbuđeni da pokušamo da izvučemo ovo iz laboratorije i pokrenemo kompaniju koja će početi da pravi ove aktuatore za robote budućnosti.“
