Μια ομάδα ερευνητών από το ETH της Ζυρίχης και το Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS) πέτυχε ένα επαναστατικό βήμα στον τομέα της ρομποτικής, αναπτύσσοντας ένα ρομποτικό πόδι που τροφοδοτείται από τεχνητούς μύες και ξεπερνά σε επιδόσεις τα συμβατικά τεχνητά μέλη.
Αυτή η εξέλιξη, που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications, θα μπορούσε να σημάνει την αρχή μιας νέας εποχής στον σχεδιασμό ρομπότ, εγκαταλείποντας τους παραδοσιακούς ηλεκτρομαγνητικούς κινητήρες, χρησιμοποιώντας συστήματα και μηχανισμούς που μοιάζουν σε λειτουργία με αυτά των ζωντανών οργανισμών.
Το νέο ρομποτικό πόδι, το οποίο είναι αποτέλεσμα της συνεργασίας στο Max Planck ETH Center for Learning Systems (CLS), χρησιμοποιεί ηλεκτροϋδραυλικούς ενεργοποιητές που ονομάζονται HASEL, οι οποίοι μιμούνται τη λειτουργία των βιολογικών μυών. Αυτοί οι “τεχνητοί μύες” αποτελούνται από πλαστικές σακούλες γεμισμένες με λάδι, με αγώγιμα ηλεκτρόδια και στις δύο πλευρές. Όταν εφαρμόζεται τάση, τα ηλεκτρόδια έλκονται μεταξύ τους, συμπιέζοντας το λάδι και συστέλλοντας τη σακούλα, παρόμοια με τον τρόπο που συστέλλονται οι μύες στους ζωντανούς οργανισμούς.
Ο Thomas Buchner, ένας από τους κύριους ερευνητές, εξηγεί τη λειτουργία συγκρίνοντας την με ένα οικείο φαινόμενο: “Είναι σαν όταν τρίβουμε ένα μπαλόνι στο κεφάλι μας και τα μαλλιά μας κολλάνε πάνω του λόγω της στατικής ηλεκτρικής ενέργειας”. Αυτή η απλή αλλά έξυπνη λύση προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα συμβατικά ρομποτικά συστήματα.
Ένα από τα κύρια οφέλη αυτής της νέας προσέγγισης είναι η ενεργειακή απόδοση. Οι ερευνητές σύγκριναν το ρομποτικό τους πόδι με ένα συμβατικό που τροφοδοτείται από έναν ηλεκτρικό κινητήρα, αποδεικνύοντας ότι το τεχνητό μυϊκό σύστημα καταναλώνει λιγότερη ενέργεια, ειδικά όταν πρέπει να διατηρήσει μια σταθερή θέση. Ο Toshihiko Fukushima, ένας άλλος βασικός ερευνητής της μελέτης, υπογραμμίζει ότι “τυπικά, τα ρομπότ που κινούνται από ηλεκτρικούς κινητήρες χρειάζονται διαχείριση της θερμότητας, η οποία απαιτεί πρόσθετους διαχυτές ή ανεμιστήρες. Το δικό σύστημα μας δεν το χρειάζεται”.
Ωστόσο, η ενεργειακή απόδοση δεν είναι το μοναδικό πλεονέκτημα. Το ρομποτικό πόδι με τους τεχνητούς μύες επιδεικνύει αξιοσημείωτη ευελιξία και προσαρμοστικότητα. Μπορεί να εκτελεί άλματα υψηλής ταχύτητας και να προσαρμόζεται γρήγορα σε ανώμαλο έδαφος, χωρίς την ανάγκη περίπλοκων αισθητήρων. Αυτή η ικανότητα προσαρμογής είναι ιδιαίτερα σημαντική στον τομέα της μαλακής ρομποτικής, όπου η ευκαμψία είναι ουσιώδης για την αποτελεσματική αλληλεπίδραση με το περιβάλλον.
Ο Robert Katzschmann, ένας από τους επικεφαλής της ομάδας του CLS, συγκρίνει αυτή την προσαρμοστικότητα με εκείνη των ανθρώπων: “Αυτός ο μηχανισμός δεν διαφέρει καθόλου από τη λειτουργία που υφίσταται στα ζωντανά πλάσματα. Αν δεν μπορούμε να λυγίσουμε τα γόνατά μας, για παράδειγμα, το περπάτημα σε μια ανώμαλη επιφάνεια γίνεται πολύ πιο δύσκολο”.
Παρά αυτές τις συναρπαστικές προόδους, οι ερευνητές αναγνωρίζουν ότι υπάρχουν ακόμα προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν. Προς το παρόν, το πόδι είναι προσαρτημένο σε έναν άξονα και μπορεί να πηδά μόνο κυκλικά, χωρίς ελεύθερη κίνηση. Παρόλα αυτά, η δυναμική του για μελλοντικές εφαρμογές είναι τεράστια. Ο Christoph Keplinger του MPI-IS τονίζει τη σημασία των καινοτομιών στο υλικό, όπως αυτή, στον τομέα της ρομποτικής, ο οποίος συχνά επικεντρώνεται περισσότερο στην ανάπτυξη λογισμικού και προηγμένων ελέγχων.
Κοιτάζοντας προς το μέλλον, ο Katzschmann φαντάζεται πιθανές εφαρμογές σε τομείς όπως η ρομποτική διάσωσης.
“Αν συνδυάσουμε το ρομποτικό πόδι με ένα τετράποδο ρομπότ ή ένα δίποδο ανθρωποειδές ρομπότ, ίσως μια μέρα, όταν θα λειτουργεί με μπαταρία, να μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε ως ρομπότ διάσωσης”.
Μιλώντας για τη ρομποτική, γνωρίζατε ότι το Ιταλικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας (IIT) αναπτύσσει ένα ανθρωποειδές ρομπότ εξοπλισμένο με προωθητήρες; Όταν ολοκληρωθεί, θα μπορεί να παρεμβαίνει σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης και φυσικών καταστροφών.
Ποιο είναι το επόμενο βήμα για τους ερευνητές;
Οι ερευνητές σκοπεύουν να εξελίξουν περαιτέρω αυτή την τεχνολογία, εστιάζοντας σε διάφορους τομείς. Ένας από τους κύριους στόχους είναι η αύξηση της δύναμης και της αντοχής των τεχνητών μυών, ώστε να μπορούν να υποστηρίξουν μεγαλύτερα φορτία και πιο πολύπλοκες κινήσεις.
Επιπρόσθετα, θα εργαστούν για την ανάπτυξη πιο εξελιγμένων αλγορίθμων ελέγχου, που θα επιτρέπουν στα ρομπότ να κινούνται πιο φυσικά και να προσαρμόζονται σε απρόβλεπτες καταστάσεις. Μια άλλη σημαντική κατεύθυνση έρευνας είναι η ενσωμάτωση αυτών των τεχνητών μυών σε πιο σύνθετα ρομποτικά συστήματα, όπως ρομπότ που μπορούν να περπατούν, να τρέχουν και να πηδούν με ευκολία.
Ποιες είναι οι πιθανές εφαρμογές αυτής της τεχνολογίας;
Οι δυνατότητες εφαρμογής αυτής της τεχνολογίας είναι αμέτρητες και εκτείνονται πέρα από τον τομέα της ρομποτικής διάσωσης. Για παράδειγμα, τα τεχνητά πόδια με ηλεκτροϋδραυλικούς μύες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή προηγμένων προσθετικών μελών για ανθρώπους με ακρωτηριασμό, τα οποία θα προσφέρουν μεγαλύτερη λειτουργικότητα και φυσικότητα.
Επιπλέον, αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να βρει εφαρμογή στην αυτοκινητοβιομηχανία, για την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών και ασφαλών συστημάτων ανάρτησης, καθώς και στην αεροδιαστημική, για τη δημιουργία πιο ευέλικτων και προσαρμοστικών ρομποτικών βραχιόνων.
