ماهیچه مصنوعی ؛ گامی اساسی به سوی قدرتمند کردن روبات های آینده است.

ماهیچه مصنوعی ؛ روبات های آینده قدرتمند خواهند شد.

ماهیچه مصنوعی گامی در جهت قدرتمند سازی روبات ها در اعمال حرکتی آنها است. ماهیچه در بدن انسان باعث حرکت نرم و راحت او می شود. هر روبات با داشتن ماهیچه مصنوعی می تواند به راحتی حرکت کند و تعادل خود را حفظ کند. روبات های آینده با ماهیچه مصنوعی می توانند در حرکات خود قدرتمند عمل کنند. در ادامه چگونه ایجاد شدن ایده ماهیچه مصنوعی و قدرتمند ساختن روبات ها را توضیح خواهیم داد.

مقدمه ای بر شروع ساخت ماهیچه مصنوعی

در سال ۲۰۱۵، ۲۵ تیم از سرتاسر جهان به منظور ساخت روبات‌هایی که بتوانند در شرایط بحرانی و مواجهه با بلایای طبیعی واکنش های بهتری از خود نشان دهند و کمک رسانی های بیشتری بکنند ، با هم به رقابت پرداختند؛ این روبات ها قادر به انجام شماری از وظایف بودند، مانند استفاده از ابزارهای برقی، کار بر روی سطوح ناهموار و راندن خودرو. عملکرد این روبات ها بسیار مورد توجه قرار گرفت و یکی از روبات ها در بین آنها به نام “هوبو”، بالاترین امتیاز را بدست آورد. اما به بدنه‌ی روبات برنده (هوبو) اگر نگاه کنید متوجه می شوید که هوبو برای پیاده شدن از خودرو باید زمان زیادی را سپری کند . در ضمن هوبو بدن بسیار خشکی دارد. و این ضعف از نداشتن ماهیچه در بدن هوبو نشات می گیرد.

بیشتر بدانیم: هوش مصنوعی ؛ رونمایی از ماشین هوشمند خود ران >>

بیشتر بدانیم: دستبند هوشمند sgnl: تبدیل انگشت به تلفن >>

ماهیچه مصنوعی – هوبو – هیزل ها – روباتیک نرم – روبات قدرتمند

روبات ها با فیزیک جدید

تیم کایست (سازنده هوبو) از کشور کُره که یک روبات پیشرفته با توانمندی‌های قابل توجه خلق کرده بودند، ولی این روبات چندان متفاوت از روبات‌های چند دهه پیش به نظر نمی‌رسد. زیرا سایر روبات‌های موجود در آن زمان نیز حرکات بسیار روباتیک داشتند. بدنه‌ی آن‌ها از سازه‌های مکانیکی پیچیده و مواد سخت مانند فلز و موتورهای الکترونیکی سخت مرسوم ساخته ‌شده بود. اگر چه کل دنیا پیشرفت‌های خوبی در رابطه با مغزهای روبات‌ها داشته‌ است ، اما بدنه‌های آن‌ها همچنان مانند مدل های اولیه روبات ها، خشک به نظر می رسید.

کریستوف روبات ها را با یک کودک مقایسه می کند و اعتقاد دارد ، کودکان سریع تر و راحت تر از روبات های انسان نما حرکت و فعالیت می کنند. بر خلاف هوبو، بدن انسان به میزان زیادی از بافت نرم و تغییرپذیر مانند ماهیچه و پوست استفاده می‌کند. بشر به نسل جدیدی از بدنه‌های روبات‌ها نیاز دارد که از ظرافت، کارایی و مواد نرمی الهام گرفته باشد که در طرح‌های طبیعی یافت می‌شود. البته، این ایده‌ی کلیدی پنجره جدیدی به روی بشر گشوده و به تحقیقاتی تبدیل شده است که رباتیک نرم نامیده می‌شود.

گروه تحقیقاتی کریستوف و همکاران او از سراسر جهان در حال استفاده از قطعات نرمی هستند که از ماهیچه و پوست الهام گرفته‌اند تا روبات‌هایی با چابکی و مهارت هر چه بیشتر بسازند. این تحقیقات، بشر را روز به روز به توانمندی‌های شگفت‌آور اندام‌هایی که در طبیعت یافت می‌شوند ، نزدیک می کند . کریستوف می گوید : ” ماهیچه‌های زیستی به طور خاص همیشه الهام‌بخش من بوده‌اند. “

باید گفت که ، ماهیچه زیستی، یک شاهکار واقعی تکامل است. می‌تواند پس از آسیب، ترمیم شود و به شدت با نورون‌های حسی یکپارچه شده است تا در حرکت از محیط بازخورد بگیرد. می‌تواند با سرعت کافی منقبض شود تا به بال‌های پرسرعت مرغ مگس‌خوار نیرو دهد؛ می‌تواند به اندازه کافی قوی شود تا یک فیل را حرکت دهد؛ و به قدر کافی انطباق‌پذیر است که در بازوهای چندکاره اختاپوس استفاده شود، حیوانی که می‌تواند تمام بدنش را فشرده کند و از سوراخ‌های کوچک رد شود. عملگرهای روبات‌ها، همان ماهیچه‌های حیوانات هستند و به طور دقیق تر همان اجزای کلیدی بدن که حرکت و تعامل با جهان را امکان‌پذیر می‌کنند. پس اگر بتوانیم عملگرهای نرم یا ماهیچه‌های مصنوعی که چندکاره، انطباق‌پذیر و دارای عملکرد مشابه با نمونه‌های واقعی باشند، بسازیم، می‌توانیم تقریباً هر نوع روباتی برای تقریباً هر استفاده‌ای خلق کنیم. تعجب‌آور نیست که چند دهه تلاش شده است، که توانمندی‌های شگفت‌آور ماهیچه برای روبات ها ایجاد شود ولی این کار نسبتا سختی بوده است.

بیشتر بدانیم: مکعب روبیک هوشمند >>

ماهیچه مصنوعی – هوبو – هیزل ها – روباتیک نرم – روبات قدرتمند

ساخت ماهیچه مصنوعی به کمک جریان الکتریسته

کریستوف، سازنده هوبو، حدود ۱۰ سال پیش با همکارانش چیزی را پیدا می کنند که احتمالاً یکی از نخستین مقالات در مورد ماهیچه مصنوعی بوده است که در سال ۱۸۸۰ چاپ شده است. این مقاله در مورد شکل و میزان تغییرات بدنه‌های دی‌الکتریک ناشی از الکتریسیته توسط فیزیکدان آلمانی ویلهم رانتگن منتشر شده است. بیشتر افراد او را به عنوان کاشف اشعه ایکس می‌شناسند. با پیروی از دستورالعمل‌های او، کریستوف و همکارانش از یک جفت سوزن استفاده می کنند. آن را به منبع ولتاژ بالا متصل می کنند و کنار قطعه‌ی شفاف لاستیکی قرار می دهند که روی قابی پلاستیکی کشیده شده است. وقتی ولتاژ را برقرار می کنند، لاستیک تغییر شکل می یابد، درست مانند ماهیچه‌های دوسر زمانی که بازوهایمان را خم می‌کنیم. اما این نکته بسیارجالب است که سوزن‌ها حتی لاستیک را لمس نمی‌کنند.

ماهیچه مصنوعی – هوبو – هیزل ها – روباتیک نرم – روبات قدرتمند

استفاده از دو سوزن، یک راه عملی برای کار با ماهیچه‌های مصنوعی نیست، اما این آزمایش شگفت‌انگیز کریستوف را به این موضوع علاقه‌مند می کند. او می‌خواست راه‌های جدیدی برای ساخت ماهیچه‌های مصنوعی خلق کند که در کاربردهای واقعی، به خوبی عمل کنند. در سال‌های بعد، کریستوف بر روی فناوری‌های متفاوتی کار می کند که همگی نویدبخش موفقیت بزرگی بودند اما همچنان چالش‌هایی داشتند که غلبه بر آن‌ها را دشوار می کند.

وقتی در سال ۲۰۱۵، آزمایشگاه خودش را در دانشگاه “کلرادو بولدر” تأسیس می کند، تصمیم می گیرد که یک ایده‌ی کاملاً جدید را امتحان کند. او قصد داشته تا سرعت بالا و کارایی عملگرهای الکتریکی را با تطبیق‌پذیری عملگرهای نرم و سیال ترکیب کند. بنابراین، فکر می کند شاید بتواند از علوم قدیمی در یک راه جدید استفاده کند. شکلی که می‌بینید اثری را نشان می‌دهد که تنش ماکسول نام دارد. وقتی دو صفحه‌ی فلزی را در یک مخزن روغن قرار می‌دهید، و سپس ولتاژ را برقرار می‌کنید، تنش ماکسول، روغن را به سمت بالای بین دو صفحه می‌راند، و این چیزی است که دیده می شود، حتی بسیار بهتر از آنچه انتظار داشته است. 

ماهیچه مصنوعی – هوبو – هیزل ها – روباتیک نرم – روبات قدرتمند

این نقطه شروعی برای کریستوف بوده تا به همراه گروه دانشجویانش، از این ایده به عنوان نقطه شروع استفاده کنند و فناوری جدیدی به نام ماهیچه‌های مصنوعی هِیزِل  را توسعه دهند. هیزل‌ها به اندازه کافی ظریف هستند. آنها قادراند تمشک با بافت نرم را بردارند ، بدون این که به آن آسیبی برسانند. می‌توانند مانند ماهیچه‌ی واقعی، منبسط و منقبض شوند. و می‌توانند بسیار سریع‌تر از نمونه‌ی واقعی عمل کنند. همچنین می‌توانند بزرگ شوند تا نیروهای بزرگی را انتقال دهند.  آن‌ها می توانند که یک بشکه پر از آب را بلند کنند. همچنین می‌توانند برای حرکت دادن یک بازوی روباتیک استفاده شوند. حتی می‌توانند موقعیت خودشان را حس کنند. هیزل‌ها می‌توانند برای حرکات بسیار دقیق استفاده شوند. آنها حتی توانایی انتقال حرکات سیال مانند ماهیچه و انتقال قدرت برای شوت کردن یک توپ به هوا را نیز دارند. با غرق شدن در روغن، ماهیچه‌های مصنوعی هیزل می‌توانند نامرئی شوند.

بیشتر بداینم: هدفون هوشمند واقعیت مجازی ora-x: تجره موسیقی سه بعدی >>

عملکرد ماهیچه های هیزل

سوالی که پیش می آید این است که، ماهیچه‌های مصنوعی هیزل چگونه کار می‌کنند؟ شاید این موضوع غافلگیر کننده باشد، آن‌ها از مواد ارزان و در دسترس ساخته می‌شوند. چند پاکت زیپ‌دار را با روغن زیتون پر کنید. سعی کنید هر چقدر می‌توانید حباب‌های هوا را خارج کنید. حالا یک بشقاب شیشه‌ای را بر روی یک سطح پاکت قرار دارید. وقتی که آن را فشار می‌دهید، پاکت منقبض می‌شود. حالا مقدار انقباض، قابل کنترل است. وقتی وزن کمی وارد می‌کنید، کمی منقبض می‌شود. با وزن متوسط، انقباض متوسط ایجاد می شود و با وزن زیاد، انقباض زیاد داریم. برای هیزل‌ها، تنها تفاوت این است که نیروی دست شما یا وزن، با یک نیروی الکتریکی جایگزین می‌شود. 

هیزل مخففِ “عملگرهای الکترواستاتیک خود ترمیم ‌شونده تقویت ‌شونده هیدرولیکی” است. برای ساختن چیزی که بیشتر شبیه به بافت ماهیچه به نظر برسد، می‌توانید چند کیسه را به هم متصل کرد و وزنه‌ای را به یک طرف متصل کنیم. بعد ولتاژ را اعمال می‌کنیم. حالا یک میدان الکتریکی روی مایع عمل می‌کند و مایع را جابجا می‌کند، و به ماهیچه نیرو می‌دهد تا منقبض شود. اینجا یک عملگر پئانو-هیزل تکمیل‌شده به این صورت عمل می کند که چگونه با اعمال ولتاژ، منبسط و منقبض می‌شود. اگر از یک طرف به آن نگاه کنید، می‌توانید ببینید که آن کیسه‌ها شکل استوانه‌ای به خود گرفته‌اند، همان چیزی که با پاکت‌های زیپ ‌دار تجربه کرده بودیم. همچنین می‌توانیم بافت‌های ماهیچه‌ای بیشتری را کنار هم قرار دهیم تا چیزی بسازیم که بیشتر شبیه به یک ماهیچه به نظر برسد که آن هم در مقاطعی، منبسط و منقبض می‌شوند. این هیزل‌ها، وزنی را بلند می‌کنند که ۲۰۰ برابر سنگین‌تر از وزن خودشان است. کریستوف یکی از جدیدترین طرح‌هایش را معرفی می کند، که هیزل‌های “رُبع دونات” نام دارد و این که چگونه منبسط و منقبض می‌شوند را توضیح می دهد. او می گوید که آن‌ها می‌توانند بسیار سریع عمل کنند و به سرعت‌های فرا انسانی برسند. حتی اینقدر قوی هستند که می‌توانند بپرند.

ماهیچه مصنوعی – هوبو – هیزل ها – روباتیک نرم – روبات قدرتمند

در مجموع، هیزل‌ها این نوید را می‌دهند که به اولین فناوری بدل شوند که برابر یا فراتر از عملکرد ماهیچه‌های زیستی باشند، در حالی که امکان تولید انبوه را نیز دارند. البته او باور دارد که فناوری او یک فناوری بسیار جوان است. او اعتقاد دارد که ایده‌های زیادی در سر دارد و برای این که چگونه عملکرد را به شدت بهبود دهد، از مواد جدید و طراحی‌های جدید استفاده خواهد کرد تا به سطحی از عملکرد برسد که فراتر از ماهیچه‌های زیستی و همچنین فراتر از موتورهای الکتریکی سخت سنتی باشند.

بیشتر بدانیم : جت پوشیدنی ؛ پرواز موفقیت مرد آهنی در همایش تد >>

بیشتر بدانیم : خواننده انگشتی مترجم روشن دلان می شود >>

هیزل ها در خدمت بشر و روبات ها در آینده نزدیک

کریستوف به شدت باور دارد که هیزل ها، دستگاه‌های روباتیک نرم را قادر می‌سازند که بتوانند کیفیت زندگی را بهتر کنند. روباتیک نرم، نسل جدیدی از اعضای مصنوعی شبیه به واقعیت را تحقق می‌بخشد. برای افرادی که اعضای بدن خود را از دست داده‌اند بسیار مفید است. او در آزمایشگاه خودش بر روی چند هیزل آزمایش اولیه حرکت یک انگشت مصنوعی انجام داده است.

در باور کریستوف در آینده شاید حتی بدن‌هایمان را با اعضای رباتیک ادغام کنیم. این موضوع در نگاه اول خیلی ترسناک به نظر می‌رسد. اما وقتی به پدربزرگ‌ها و مادربزرگ‌هایمان فکر می‌کنیم و به وابستگی آنها به دیگران برای کارهای روزمره ساده مانند دستشویی رفتن، با روباتیک نرم، ما قادر به ارتقاء و بازیابی چابکی و مهارت برای آنها خواهیم بود، و به این ترتیب به افراد مسن‌تر کمک می کنیم تا استقلال خود را در مدت بیشتری از زندگی حفظ کنند. شاید بتوان این فناوری را “روباتیک و ضدپیری” یا “حتی مرحله بعدی از تکامل انسان” نامید .

وی اذعان می دارد که روباتیک نرم حوزه بسیار جوانی است، و امیدوار است که بسیاری از جوانان با سوابق مختلف به او و همکارانش در این سفر جذاب ملحق شوند و به ایجاد آینده‌ای از روباتیک با معرفی مفاهیم جدید الهام‌گرفته از طبیعت کمک کنند. اگر این کار درست انجام شود، می‌توان کیفیت زندگی را برای همه بهتر کرد.

برگرفته از وب سایت: TED