Một 'Cơ Bắp' Robot Thông Minh Mới Nâng Nặng, Bro

Ôi, những robot giống con người nghèo nàn. Sau mấy thập kỷ phát triển, chúng vẫn không như Terminator chạy nhanh mà hơn là như một ông già dùng thuốc an thần. Mặc dù những robot này có vẻ giống chúng ta, nhưng chúng không được xây giống chúng ta—động cơ điện trong các khớp của chúng thúc đẩy những cử động rối bời, trong khi cơ bắp của chúng ta mang lại sự kiểm soát chính xác hơn về cơ thể của chúng ta. Thôi, trừ khi chúng ta đang dùng thuốc an thần.

But a burgeoning field called soft robotics promises to bring more “natural” movements to the machines. And today, a pair of papers in Science and Science Robotics detail a clever new variety of robotic “muscle,” a series of oil-fueled pouches activated with electricity. This actuator (aka the bit that moves a robot) is as strong and efficient as human muscle, but can pull off more contractions per second. Which could make for a prosthesis that moves more naturally, perhaps—or maybe farther down the road, soft yet strong robots that help you around the house without accidentally terminating you.

Dòng cơ bắp robot mới được gọi là “hydraulically amplified self-healing electrostatic” actuator, hoặc “hasel.” Chúng có một số thiết kế khác nhau, chúng ta sẽ tìm hiểu về đó trong một khoảnh khắc. Nhưng nói chung, bộ kích thích này sử dụng một túi chứa dầu—bao quanh ở cả hai bên là điện cực. Áp dụng điện áp vào chúng và nó tạo ra một trường điện.

“Chúng tôi chỉ sử dụng các lực điện tĩnh này để di chuyển chất lỏng, để đưa các điện cực này lại gần nhau để đẩy chất lỏng đến một phần khác của túi,” nói Nicholas Kellaris, kỹ sư cơ khí từ nhóm nghiên cứu Keplinger tại Đại học Colorado Boulder và là tác giả chính của bài báo Science Robotics. Điều đó có nghĩa là bộ kích thích hasel co vào bản thân mình. "Đó là điều gây ra áp suất và chuyển động và biến dạng cấu trúc để tạo ra hoạt động.”

Bây giờ, có các bộ kích thích mềm khác sử dụng khí nén hoặc chất lỏng để di chuyển, nhưng chúng này phụ thuộc vào bể chứa ngoại vi lớn để giữ chất. Ngược lại, bộ kích thích hasel tận dụng dầu (cụ thể là dầu biến áp) đã có sẵn bên trong túi linh hoạt. Điều này làm cho bộ kích thích nhanh hơn nhiều, vì chất lỏng của nó không cần di chuyển qua một ống dài từ bể chứa.

Ví dụ, nhóm nghiên cứu tạo ra các bộ kích thích hasel tròn hình donut khi được kích hoạt. “Trong trường hợp này, chúng tôi áp dụng trường điện qua một phần của bộ kích thích và đẩy chất lỏng ra phần bạn có thể gọi là khu vực không hoạt động,” nói Eric Acome, kỹ sư cơ khí tại Đại học Colorado Boulder và là tác giả chính của bài báo Science. Điều này làm đặc chất kích thích bằng cách đẩy dầu ở giữa thành một vòng xung quanh mép—một lần nữa, một chiếc bánh donut. Vì vậy, xếp nhiều bộ kích thích này lại với nhau thành hai nhóm, mỗi nhóm đại diện cho một “ngón tay,” và bạn có thể đưa các đống đặc lại với nhau để nắm nhẹ nhàng một quả dâu mà không làm nổ tung nó. (Xem ảnh ở đầu trang câu chuyện.)

Hoặc nếu bạn muốn cơ bắp robot của mình nâng một cái gì đó. Đối với điều đó, bạn sẽ muốn một bộ kích thích hình chữ nhật được tạo thành từ ba dải túi chạy ngang. Mỗi túi này đều có điện cực gắn liền với phần trên của chúng. Nếu bạn áp dụng điện áp vào các điện cực, chúng lại gần nhau và làm ép chất lỏng vào phần còn lại của túi, tạo thành nó thành một hình trụ hơn. Điều này làm ngắn đi chiều dài của toàn bộ bộ kích thích hình chữ nhật, có thể nâng một trọng lượng đính kèm ở phía dưới. (Thực sự, bạn có thể thử nghiệm điều này tại nhà. Lấy một túi Ziploc và bơi nó với một chút không khí. Đặt phẳng và đẩy xuống một bên và bạn sẽ thấy đầu kia kéo về phía bạn.) Nhóm nghiên cứu cũng có thể xếp các bộ kích thích này lại để tăng cường sức mạnh.

Bộ kích thích hasel có thể nâng và nắm chặt với sức mạnh và độ chính xác ấn tượng. Thách thức, tuy nhiên, là điện được sử dụng để cung cấp năng lượng cho chúng. Điện không phải là một lực nhẹ, đặc biệt khi bạn đang sử dụng nó để kiểm soát các vật liệu tương đối tinh tế được sử dụng trong robot mềm. Một loại bộ kích thích mềm khác hoạt động theo nguyên tắc giống như hasel, sử dụng các điện cực đối lập để làm ép một miếng cao su—nhưng điều đó có thể dẫn đến ngắn mạch điện, về cơ bản là những tia sáng nhỏ xé toạc qua cao su và dẫn đến sự thất bại thảm họa.

Đây là nơi mà dầu hoạt động như một loại lá chắn cho các bộ kích thích hasel. "Nó chỉ chuyển qua chất lỏng và sau vài khoảnh khắc, chất lỏng đó phân phối lại, trở thành chất cách điện lại, và thiết bị có thể tiếp tục hoạt động,” nói Tim Morrissey, cũng thuộc Đại học Colorado Boulder. Nói cách khác, thay vì xé toạc.

Thực sự, điều đẹp của hasel là sự đơn giản tương đối so với bộ kích thích truyền thống của bạn, đó là một động cơ điện phức tạp kết hợp với hộp số. "Công việc này sẽ truyền cảm hứng cho người khác khám phá cách kết hợp các vật liệu mềm không hoạt động và hoạt động khác nhau để tạo ra các hệ thống kích thích mới,” nói Conor Walsh, một kỹ sư sinh học tại Harvard.

Tuy nhiên, vì robot mềm nhạy bén hơn nhiều so với đối tác robot truyền thống của chúng, những người thiết kế chúng phải lo lắng về việc chúng không xây xước và mất điện (và tràn dầu biến áp lên sàn nhà của bạn). Vì vậy, trước khi chúng bắt đầu làm việc trong xã hội, robot mềm sẽ cần có làn da tự lành. Và thực sự, một số robot mềm đã làm điều đó. Nhóm nghiên cứu đằng sau bộ kích thích hasel đang cố gắng trang bị sức mạnh tương tự cho sáng tạo của họ.

Một khi chúng mạnh mẽ và độ bền, robot mềm của mọi loại sẽ xâm chiếm cuộc sống của chúng ta. Sự cứng nhắc của cánh tay thay thế truyền thống có thể nhường chỗ cho các chiếc cánh tay mềm mại, nhạy bén hơn. Làm cho robot trở nên mềm mại sẽ cho phép chúng làm việc cùng chúng ta một cách an toàn hơn nhiều, có nghĩa là chúng sẽ không chỉ đánh cắp mọi công việc của con người—chúng sẽ bổ sung cho lao động của con người. Và, không tránh khỏi, robot mềm sẽ là bạn đồng hành của chúng ta, có thể là bạn bè thuần túy hoặc, à, khác thường.