Yeni yapay kaslar: daha hafif, daha güvenli ve daha sağlam robotlar

ETH Zürih'teki araştırmacılar yakın zamanda robot hareketi için yapay kaslar geliştirdiler, ancak çözümleri daha önce görülen teknolojilere göre birçok avantaj sunuyor.
Daha fazla çalışmaya değer, robotların sert yerine yumuşak olması veya çevreyle etkileşimde daha hassas olması gereken tüm durumlarda kullanılabilir.
Pek çok robot bilimci, yalnızca metal veya diğer sert malzemelerin ve motorların birleşiminden oluşan değil, aynı zamanda daha yumuşak ve daha uyumlu robotlar üretmeyi hayal ediyor.
"Yumuşak" otomatlar çevreyle tamamen farklı bir şekilde etkileşime girebilir; örneğin, insan uzuvlarının yaptığı gibi şokları tamponlayabilir veya bir nesneyi hassas bir şekilde kavrayabilirler.
Bu aynı zamanda enerji tüketimi açısından da avantajlar sunacaktır: Günümüzde robotların hareketi, bir konumu uzun süre korumak için genellikle çok fazla enerji gerektirirken, yumuşak sistemler onu daha iyi depolayabilir.
Peki insan kasını model alıp onu yeniden yaratmaya çalışmaktan daha bariz ne olabilir?

Elveda, NCCR Robotics: İsviçre'nin hizmetinde on iki tam yıl
Onları korumak için ağaçlara "tırmanan" bir drone var

Her doğal kas, yeterli bir elektriksel uyarıya yanıt olarak da kasılır.

Yapay kasların işleyişi zorunlu olarak biyolojiye dayanmaktadır.
Doğal benzerleri gibi yapay kaslar da elektriksel bir uyarıya yanıt olarak kasılır.
Bununla birlikte, yapay kaslar hücrelerden ve liflerden değil, gövdesi kısmen elektrotlarla kaplanmış bir sıvıyla (genellikle yağ) dolu bir keseden oluşur.
Bu elektrotlar elektrik voltajı aldığında bir araya gelerek sıvıyı kesenin geri kalan kısmına iterler; kese esneyerek bir ağırlığı kaldırabilir.
Tek bir kese, kısa bir kas lifi demetine benzer.
Bu torbalardan birkaçı, aynı zamanda aktüatör veya daha basit bir ifadeyle yapay kas olarak da adlandırılan tam bir tahrik elemanı oluşturmak üzere birbirine bağlanabilir.

Mutant şekillere sahip yumuşak robot ProteusDrone'a ödül
Robot köpek: Hayvan biyolojisinden ilham alan İsviçre icadı

Başlangıçta elektrostatik aktüatörler 6.000 ila 10.000 Volt arasında bir voltaj gerektiriyordu

Yapay kas geliştirme fikri yeni değil, ancak şimdiye kadar bunların gerçekleştirilmesinin önünde büyük bir engel vardı: Elektrostatik aktüatörler yalnızca yaklaşık 6.000 ila 10.000 volt arasındaki son derece yüksek voltajlarla çalışıyordu.
Bu gerekliliğin birkaç sonucu vardı: örneğin kasların büyük, yüksek voltajlı amplifikatörlere bağlanması gerekiyordu, bunlar suda çalışmıyordu ve insanlar için tamamen güvenli değildi.
Şimdi yeni bir çözüm geliştirildi Robert KatzschmannETH Zürih'te robot bilimi profesörü, Stephan-Daniel Gravert, Elia Varini ve diğer meslektaşlarıyla birlikte.
“Science Advances” adlı bilgi sitesindeki bir makalede, aslında birçok avantaj sunan yapay kas versiyonu hakkında bir makale yayınladılar.
Robert Katzschmann'ın laboratuvarında bilimsel asistan olarak çalışan Stephan-Daniel Gravert, çanta için yeni bir kabuk tasarladı.

İtfaiyecilere yardım etmek için yeni bir İngiliz-İsviçre yangın söndürme uçağı
Böylece İsviçre'de robotlar trekkingin sırlarını "öğreniyor"

Geleceğe yönelik çözüm? Bugün yüksek geçirgenliğe sahip ferroelektrik malzemeden geliyor

Araştırmacılar yeni yapay kaslara HALVE aktüatörleri adını veriyor; HALVE ise "Hidrolik Olarak Güçlendirilmiş Düşük Voltajlı Elektrostatik" anlamına geliyor.
“Diğer aktüatörlerde elektrotlar kabuğun dış tarafında bulunuyor. Bizimkinde kabuk birkaç katmandan oluşur. Yüksek geçirgenliğe sahip, yani nispeten büyük miktarlarda elektrik enerjisi depolayabilen bir ferroelektrik malzemeyi aldık ve bunu bir elektrot katmanıyla birleştirdik. Daha sonra her şeyi mükemmel mekanik özelliklere sahip olan ve torbayı daha sağlam hale getiren bir polimer kabukla kapladık.”açıklıyor.
Bu şekilde araştırmacılar gerekli voltajı azaltmayı başardılar çünkü ferroelektrik malzemenin çok daha yüksek geçirgenliği, düşük voltaja rağmen büyük kuvvetlerin elde edilmesine olanak sağlıyor.
Stephan-Daniel Gravert ve Elia Varini, yalnızca HALVE aktüatörlerinin kabuğunu birlikte geliştirmekle kalmadı, aynı zamanda aktüatörleri iki özel robotta kullanılmak üzere laboratuvarda kendileri üretti.

Tel Aviv'de enerjide yapay zeka ve robot teknolojisinin kullanımına ilişkin bir Enel laboratuvarı
Atlas robotu bu şekilde zaten çalışabilir ve bizimle etkileşime geçebilir

Teknik "maşa" ve "balık", İsviçre'de tasarlanan kasın neler yapabileceğini gösteriyor

Böyle bir robot örneği, 11 santimetre yüksekliğinde ve iki parmağı olan bir tutucudur.
Her parmak, HALVE aktüatörün seri bağlantılı üç cebi tarafından hareket ettirilir.
Küçük bir pil güç kaynağı robota 900 Volt sağlar.
Pil ve güç kaynağı birlikte yalnızca 15 gram ağırlığındadır.
Güç ve kontrol elektroniği de dahil olmak üzere kaliperin tamamı 45 ağırlığındadır.
Tutucu, nesne bir ip ile havaya kaldırıldığında, pürüzsüz bir plastik nesneyi kendi ağırlığını taşıyacak kadar kuvvetle kavrayabilir.
"Bu örnek, HALVE aktüatörlerin ne kadar küçük, hafif ve verimli olduğunu mükemmel bir şekilde gösteriyor. Bu aynı zamanda kas gücüyle çalışan entegre sistemler yaratma hedefimize doğru büyük bir adım attığımız anlamına da geliyor.", diyor Katzschmann memnuniyetle.
İkinci nesne ise neredeyse 30 santimetre uzunluğunda, suda kolaylıkla hareket edebilen, balığa benzeyen bir yüzücüdür.
Elektronik aksamı içeren bir "kafa" ve "Hidrolik Olarak Güçlendirilmiş Düşük Gerilim Elektrostatik" aktüatörlerin bağlandığı esnek bir "gövde"den oluşur.
Bu aktüatörler, tipik yüzme hareketini üreten bir ritimle dönüşümlü olarak hareket eder.
Otonom balık, 14 saniyede saniyede üç santimetrelik bir hızla hareketsizlik durumundan çıkabilir ve tüm bunlar sıradan musluk suyuna daldırılır.

Robot köpek: Hayvan biyolojisinden ilham alan İsviçre icadı
İsviçre'de şeffaf ve güvenilir yapay zeka için Federal Politeknik

Yeni aktüatörler diğer yapay kaslardan çok daha sağlam olmasının yanı sıra su geçirmezdir

Bu ikinci örnek önemlidir çünkü HALVE aktüatörlerinin başka bir yeni özelliğini göstermektedir.
Elektrotlar artık kabuğun dışında korunmadığından yapay kaslar artık su geçirmezdir ve iletken sıvılara daldırılarak bile kullanılabilir.
"Balık, bu aktüatörlerin genel avantajını gösteriyor: elektrotlar dış ortamdan korunuyor ve tam tersi, çevre de elektrotlar tarafından korunuyor. Yani bu elektrostatik aktüatörleri örneğin suda kullanabilir veya onlara dokunabilirsiniz”, diye ekliyor Zürih'teki Federal Teknoloji Enstitüsü'nden profesör.
Zarfların katmanlı yapısının başka bir avantajı daha var: Yeni aktüatörler diğer yapay kaslardan çok daha sağlam.
İdeal olarak, zarfların büyük miktarda hareket edebilmesi ve bunu hızlı bir şekilde yapabilmesi gerekir.
Bununla birlikte, elektrotlar arasında bir toz zerresi gibi en küçük üretim hatası bile bir tür "mini yıldırım çarpması" gibi bir elektrik arızasına yol açabilir.

4 Kasım Lozan'da "İsviçre Robotik Günü"
DroneHub ile drone araştırması için benzeri görülmemiş bir "kuş kafesi"

“Mini yıldırım” sorunları çözüldü, şirketler büyük ölçekli üretime hazır

"Önceki modellerde bu durum meydana geldiğinde elektrot yandı ve kabukta bir delik oluştu. Bu, sıvının kaçmasına izin verdi ve aktüatörü kullanılamaz hale getirdi.", diye açıklıyor Stephan-Daniel Gravert.
Bu sorun HALVE aktüatörlerde çözülmüştür çünkü koruyucu dış plastik katman sayesinde tek bir delik esasen kendi kendini kapatır.
Sonuç olarak kasa, elektrik kesintisinden sonra bile tamamen işlevsel kalır.
İki araştırmacı, yapay kasların geliştirilmesinde belirleyici bir ilerleme kaydetmiş olmaktan açıkça mutlu ama aynı zamanda da gerçekçiler.
Robert Katzschmann'ın dediği gibi: “Artık bu teknolojiyi büyük ölçekli üretime hazırlamamız gerekiyor ve bunu burada, ETH laboratuvarında yapamayız. Çok fazla açıklama yapmadan, şimdiden bizimle çalışmak isteyen firmaların ilgisini çekmeye başladığımızı söyleyebilirim."
Örneğin yapay kaslar bir gün yeni robotlarda, protezlerde veya giyilebilir cihazlarda kullanılabilir.
Yani insan vücudunda ve üzerinde kullanılacak teknolojilerde…

Robotlara hasat yapma talimatı veren silikondan yapılmış bir ahududu
Lugano'dan genç Smilebots robot ekibine doğru övgü