Будущее машин, которые двигаются как животные

thumbnailUrl

The Future of Machines That Move like Animals Robert Katzschmann TED • Будущее машин, которые двигаются как животные

Imagine a boat that propels by moving its "tail" from side to side, just like a fish. That's the kind of machine that TED Fellow Robert Katzschmann's lab builds: soft-bodied robots that imitate natural movements with artificial, silent muscles. He lays…Будущее машин, которые двигаются как животные - 3923842

PT7M

True

2022-11-29T09:51:26+03:00

embedUrl

Источник

Современное машиностроение сосредоточено на вращающихся двигателях, которыми можно питать почти любую машину. Потребовалось около 200 лет, чтобы двигатели стали тем, чем они являются сегодня. И они по-прежнему громкие и неестественные по-своему.



Постоянный шум машин создает проблемы для живых существ повсюду, как в океане, так и на суше. Люди, постоянно подвергающиеся воздействию шума, могут испытывать стресс, депрессию и даже шум в ушах. Напротив, в природе нет вращающихся двигателей. Природа часто плавно скользит, плывет или покачивается, без дребезжания жестких частей или громкого трения о поверхности.



Я считаю, что мы можем и должны пересмотреть наш подход к созданию машин. Вместо того, чтобы использовать жесткие или неестественные материалы, что, если бы мы сделали биомиметические машины? Машины из мягких или живых материалов, адаптивные и безопасные для использования в различных повседневных задачах?



Можете ли вы представить себе лодки или подводные лодки, которые движутся, двигая хвостом из стороны в сторону, как это делают рыбы? Поэтому, чтобы имитировать эти естественные движения, мы должны заменить вращающиеся двигатели и быстро вращающиеся пропеллеры искусственными мышцами. И я могу сказать вам это, это можно сделать.



Наша команда исследователей из Массачусетского технологического института и Швейцарской высшей технической школы Цюриха приступила к разработке менее разрушительных роботов, внедрив новый биомиметический способ передвижения по воде. Мы создали биомиметическую роботизированную рыбу. Ее зовут Софи. Это первая демонстрация полностью отвязанного мягкого робота, который может исследовать океан без пропеллеров. Софи качает воду вперед и назад внутри сильно деформируемого хвоста. Движения ее хвоста имитируют естественные плавательные движения настоящей рыбы. Естественный дизайн Софи позволяет ей внимательно следить за водной жизнью.



Теперь есть одна загвоздка. Софи энергоемкая и громкая. Да, нам удалось построить робота, который плавает как рыба, но... Для правильной работы Софи требуется мотор и насос.



Теперь мы заменяем тот мотор и насос, который шумит и в этом смысле нежелателен, мы заменяем его бесшумными, искусственными мышцами. Эти мышцы называются HASEL. Они напрямую и эффективно преобразуют электрическую энергию в мышечные сокращения. Взгляните на эту большую мышцу, которую мы сделали, чтобы поднимать и опускать ногу. Стопка гибких листов сокращается и расслабляется, как мышца бедра.



Позвольте мне рассказать вам, как это работает. Итак, берем ламинированные листы для создания мешочков. У нас есть несколько таких мешочков в одной мышце. Теперь мы берем токопроводящие чернила и распыляем их на эти мешочки, а затем впрыскиваем в них масло. После этого у нас есть проводящие чернила, которые действуют как гибкий электрод, который сжимает эти наполненные жидкостью мешочки при подаче напряжения. Теперь, как и в случае с мышцами настоящей рыбы, мы берем такие снятые на пленку мышцы, объединяем их в антагонистические пары и помещаем в нашу мягкую роботизированную модель рыбы. Мы печатаем корпус и позвоночник этой рыбы на 3D-принтере, используя мягкие и жесткие материалы. Теперь рыба плавает бесшумно, электрически заряжая мышцы внутри рыбы попеременно с одной стороны на другую.



Чтобы улучшить наши проекты, мы не полагаемся на утомительное изготовление методом проб и ошибок. Вместо этого наше программное обеспечение быстро моделирует и оптимизирует дизайн для повышения производительности, прежде чем нам нужно будет его построить. Наш подход создает непрерывное пространство дизайна, которое интерполирует существующие рисунки рыб для создания новых дизайнов. Затем наша оптимизация исследует это непрерывное пространство дизайна, чтобы придумать новых и более быстрых существ, которых мы раньше не видели.



Однажды роботы могут быть сделаны даже из живых мышечных клеток. Разве не было бы здорово, если бы такой живой робот исцелял себя, как это делают человеческие мышцы? Я могу сказать вам это. Начиная с мышечных клеток, мы уже можем печатать, растить и стимулировать мышцы. Сейчас мы начинаем делать эти мышцы больше, дольше и управляемее. Сконструировать отдельную мышцу без поддерживающего организма, обеспечивающего эту мышцу иммунной системой, — захватывающая задача. Эти живые мышцы эффективно преобразуют химическую энергию, поступающую из питательных веществ, в мышечные сокращения. Живые мышцы могут в конечном итоге стать устойчивыми и биоразлагаемыми машинами. которые уменьшают выбросы и загрязнение окружающей среды, и в то же время действительно имитируют природу.



Итак, все то, о чем я вам говорил, возможно благодаря знаниям, которыми сегодня обладают исследователи и инженеры. Я считаю, что мы должны переосмыслить каждую когда-либо изобретенную машину с целостной точки зрения. Мы должны переосмыслить, что машина должна делать, а чего не должна. Я думаю, нам нужны машины, которые безопасно интегрируются с нами, улучшают качество нашей жизни. При этом мы уважаем природу и не загрязняем наш мир громкими звуками.



Итак, давайте переосмыслим машины, чтобы они приняли формы, о которых мы никогда не думали, и откроем для себя места, в которых мы никогда раньше не были.