Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Papierowe mięśnie dla robotów

Recommended Posts

Naukowcy z południowokoreańskiego uniwersytetu Inha udowodnili, że celuloza – główny składnik papieru – zgina się w odpowiedzi na impulsy elektryczne. W porównaniu z innymi reagującymi w ten sposób materiałami, celuloza jest tania, lekka i wymaga przyłożenia niższych napięć.

Koreańczycy współpracują teraz z NASA nad opracowaniem robotów rozmiarów owada, które poruszałyby się za pomocą celulozowych skrzydeł, a zasilane miałyby być bezprzewodowo. Takie urządzenia znalazłyby zastosowanie w miejscach, które dla człowieka są niebezpieczne. Mogłyby też badać szkodliwe gazy czy badać z góry powierzchnię Marsa.

Zespół pod kierunkiem profesora Jaehwana Kima stworzył reagującą na prąd celulozę formując papierową pulpę w arkusze i pokrywając je cienką warstwą złota. Niektóre fragmenty arkuszy mają bardzo regularną budowę, inne pozostawiono nieregularne na kształt makaronu. Ruch jonów oraz ruch włókien celulozy, powoduje, że materiał odpowiada na sygnały elektryczne. Za jej wyginanie się odpowiadają obszary uporządkowane, natomiast te nieuporządkowane pozwalają jonom na ruch bardziej chaotyczny i deformowanie papieru.
Koreański wynalazek należy do nowej klasy materiałów piezoelektrycznych (czyli odpowiadających na działanie prądu), jest tzw. polimerem elektroaktywnym. Naukowcy wiążą z nimi spore nadzieje sądząc, że w przyszłości pozwolą one na stworzenie sztucznych mięśni, czujników substancji chemicznych, wyświetlaczy, baterii czy ruchomych części robotow.

Song Choi, naukowiec z NASA Langley Research Center zauważa, że olbrzymim plusem elektrycznie aktywnego papieru jest jego mały ciężar i bardzo dobra reakcja na niskie napięcia w porównaniu z innymi elektroaktywnymi polimerami.

Przyłożenie niskiego napięcia do nowego materiału powoduje, że pasek o długości 30 milimetrów przemieszcza się o 4,2 milimetra. Moc pola elektrycznego koniecznego do wymuszenia na papierze jego maksymalnego ruchu jest o jeden do dwóch rzędów wielkości mniejsza, od mocy koniecznej do poruszenia innych elektroaktywnych polimerów. Odpowiedź papieru jest ponadto bardzo szybka. Potrafi on wygiąć się i powrócić do swojej poprzedniej pozycji w ciągu 0,06 sekundy.

Dla NASA papierowe roboty są szansą na obniżenie kosztów długich misji międzyplanetarnych. Nie wiadomo jednak, czy przetrwałyby one warunki panujące np. nad powierzchnią marsa.

Jednym z minusów celulozy jest fakt, że papierowe skrzydła czy muskuły nie odznaczają się zbyt dużą siłą, a ta jest potrzebna do zastosowania w robotyce. Dlatego też już trwają prace nad jej wzmocnieniem. We współpracy z Kimem prowadzi je profesor Zoubeida Ounaies z Texas A&M University. Naukowcy planują dodać do celulozy węglowe nanorurki.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Inżynierowie z amerykańsko-chińskiego zespołu zbudowali miękkiego robota z funkcjami neurobiomimetycznymi. Naukowcy twierdzą, że to pierwszy krok w kierunku bardziej złożonego sztucznego układu nerwowego.
      Prof. Cunjiang Yu z Uniwersytetu w Houston podkreśla, że dzięki temu w przyszłości powstaną protezy, które będą się bezpośrednio łączyć z nerwami obwodowymi w tkankach biologicznych, zapewniając sztucznym kończynom funkcje neurologiczne. Osiągnięcie autorów publikacji z pisma Science Advances przybliża też perspektywę miękkich robotów, które będą potrafiły myśleć i podejmować decyzje.
      Akademicy z ekipy Yu dodają, że ich odkrycia przydadzą się zarówno specjalistom z dziedziny neuroprotetyki, jak i obliczeń neuromorficznych (chodzi o przetwarzanie dużych ilości danych przy niewielkim zużyciu energii; a wszystko to za pomocą urządzeń naśladujących elektryczne działanie sieci nerwowych).
      Czerpiąc inspiracje z natury, naukowcy zaprojektowali tranzystory synaptyczne, czyli tranzystory działające podobnie do neuronów, które spełniają swoje funkcje nawet po rozciągnięciu o 50%.
      Podczas testów tranzystor umożliwiał np. powstanie potencjału postsynaptycznego pobudzającego czy zjawiska facylitacji (ang. paired-pulse facilitation, PPF), a także realizował funkcje pamięciowe.
      Koniec końców miękki robot został wyposażony w odkształcalną sztuczną skórę z gumy wrażliwej na nacisk i tranzystorów synaptycznych. Dzięki temu był w stanie "wyczuwać" interakcje ze środowiskiem zewnętrznym i odpowiednio na nie reagować.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Mimo, że cyfrowa komunikacja i stosowane w niej systemy bezpieczeństwa stają się coraz bardziej zaawansowane, wciąż dochodzi do wycieków danych. Wycieki te to poważny problem z potencjalnie niszczycielskimi konsekwencjami w postaci wybuchu wojen czy sporów ekonomicznych i społecznych. Chociaż media elektroniczne są nieodzowne w naszym codziennym życiu, papier wciąż jest głównym medium przechowywania informacji i wiele ważnych dokumentów wciąż istnieje wyłącznie w formie papierowej, mówią naukowcy z Chin, którzy opracowali nową metodę zapisywania ukrytych informacji na papierze.
      Na łamach magazyny Matter uczeni z Uniwersytetu w Nankinie informują o wykorzystaniu bibuły filtracyjnej pokrytej związkami manganu do drukowania niewidocznych gołym okiem informacji. Można je odczytać oświecając papier światłem UV. Oczywiście istnieją już podobne techniki ukrywania tekstu na papierze. Mają one jednak liczne wady. Po pierwsze, nie można ich usunąć. Po drugie, gdy już zauważymy taki ukryty tekst, to – nawet jeśli został zaszyfrowany – mamy do niego dostęp i możemy pracować nad złamaniem kodu. Chiński wynalazek jest znacznie bardziej doskonały i bezpieczny.
      Nowa technika polega na pokryciu środkami chemicznymi zawierającymi mangan papieru używanego do produkcji bibuł filtracyjnych. Następnie wystarczy czysta woda, by nanieść nań napis niewidoczny gołym okiem. Woda zmienia bowiem właściwości fotoluminescencyjne związków zawierających mangan. Wystarczy oświetlić papier promieniami UV, a napis zobaczymy w postaci ciemnego tekstu na jaśniejszym tle. Całość charakteryzuje się bardzo niską toksycznością, a dodatkową zaletą techniki jest fakt, że ukrytego napisu można się pozbyć, Wystarczy przez około 15 sekund potraktować papier suszarką, by napis zniknął. Sam papier można wykorzystać nawet 30-krotnie. Chińczycy przypuszczają, że jeśli uda im się znaleźć inne podłoże niż bibuła filtracyjna, to będzie można jeszcze więcej razy wykorzystać papier. Co interesujące, ukryty napis samoczynnie nie zniknie jeśli nie potraktujemy go suszarką. Eksperymenty wykazały, że może on przetrwać ponad 3 miesiące.
      To jednak nie wszystkie postępy, jakich dokonali uczeni z Nankinu. Wykorzystali też dwa różne związki zawierające mangan. Jeden z nich został naniesiony na papier jako tło, a drugim wykonano ukryty nadruk. Nadruku nie można było zobaczyć ani gołym okiem, ani za pomocą promieniowania UV, gdyż po oświetleniu UV oba związki emitują światło o niemal identycznej długości fali i intensywności. Jednak związek użyty do wykonania napisu emituje światło nieco dłużej, napis można więc zobaczyć wykorzystując techniki obrazowania opierające się na różnicy czasu.
      Na tym jednak nie koniec. W kolejnym eksperymencie uczeni wykorzystali różne zawierające mangan tusze do wydrukowania serii liczb, które emitowały światło w różnym czasie po ekspozycji na UV. Dzięki temu, poprzez śledzenie zmian intensywności emisji światła możliwe jest odczytanie liczb w odpowiedniej kolejności i odszyfrowanie wiadomości. Następnie informację można usunąć poprzez płukanie w specjalnym roztworze, by później na tym samym papierze nanieść te same liczby za pomocą różnych tuszy, przez co wyświetlą się w innej kolejności, kodując inną wiadomość.
      To niezwykle wysoki poziom zabezpieczeń, który może sprawdzić się w zastosowaniach wojskowych czy przemysłowych, stwierdzili badacze.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wielokrotnie mogliśmy się przekonać, że jeśli nie używamy jakichś mięśni, to one zanikają. Jeszcze do niedawna naukowcy sądzili, że wraz z zanikaniem mięśni zanikają też jądra komórek, które je tworzyły. Jednak z najnowszego artykułu opublikowanego we Frontiers in Physiology dowiadujemy się, że jądra komórkowe, które zyskaliśmy podczas treningu, zostają zachowane, nawet jeśli włókna mięśniowe zanikają.
      Te pozostałe jądra działają jak „pamięć” mięśni, dzięki której, gdy wrócimy do treningu, szybciej jesteśmy w stanie mięśnie odzyskać. Naukowcy sądzą, że mechanizm ten ma zapobiegać zbytniej utracie masy mięśniowej w późniejszym wieku, gdy nie jesteśmy już tak aktywni, co w wieku nastoletnim. Wskazuje to również, że łatwo jest przeoczyć sportowca, który oszukuje i wspomaga rozwój mięśni środkami dopingującymi.
      Największe komórki w ciele człowieka, to właśnie komórki mięśniowe. W mięśniach poprzecznie prążkowanych tworzą one syncytia, czyli więlojądrowe komórki powstające poprzez połączeni luźnych komórek jednojądrowych. Syncytia zachowują się jak jedna wielka komórka. Syncytia występują w sercu, kościach czy łożysku. Jednak największe komórki i największe syncytia znajdziemy w naszych mięśniach, mówi profesor Lawrence Schwartz z University of Massachusetts.
      Wzrostowi mięśni towarzyszy dodawanie nowych jąder komórkowych z komórek macierzystych. Pozwala to na zaspokojenie zapotrzebowania rosnących komórek. To doprowadziło do pojawienia się hipotezy, każde jądro kontroluje ściśle zdefiniowaną objętość cytoplazmy, więc gdy masa mięśniowa się zmniejsza, czy to wskutek choroby czy ich nieużywania, zmniejsza się też liczba jąder komórek mięśni, dodaje uczony. Przypuszczenia takie miały o tyle mocne podstawy, że naukowcy badający tkankę mięśniową ulegającą atrofii donosili i obecnych w nich rozpadających się jądrach komórkowych. Dopiero jednak najnowsze techniki badawcze pozwoliły stwierdzić, że te rozpadające się jądra komórkowe nie pochodzą z komórek mięśni, ale z innych komórek, które pojawiły się w przeżywającej problemy tkance mięśniowej.
      Dwa niezależne badania, jedno przeprowadzone na gryzoniach, a drugie na owadach, wykazały, że podczas atrofii włókien mięśniowych nie dochodzi do utraty jąder komórkowych, stwierdza Schwartz w swoim artykule. Niewykluczone, że jądro komórkowe, które pojawiło się w mięśniach, pozostaje w nich na zawsze. Profesor Schwartz nie jest zaskoczony takimi wynikami. Mięśnie ulegają uszkodzeniu podczas intensywnych ćwiczeń, często zachodzą w nich zmiany związane z dostępnością pożywienia i innymi czynnikami środowiskowymi prowadzącymi do atrofii. Nie przetrwałyby długo, gdyby przy każdym takim zdarzeniu traciły jądra komórkowe, stwierdza.
      Skoro więc jądra komórkowe pozostają, to wiemy już, dlaczego łatwo jest odzyskać raz utraconą tkankę mięśniową. Dobrze udokumentowany jest fakt, że jest znacznie łatwiej odzyskać pewien poziom utraconej masy mięśniowej niż ją zbudować od podstaw, nawet jeśli przez długi czas nie ćwiczyliśmy. Innymi słowy, zamiast stwierdzać, że nieużywane mięśnie zanikają, powinniśmy powiedzieć, że nieużywane mięśnie zanikają, dopóki nie zaczniemy ich znowu używać.
      Odkrycie to pokazuje, jak ważne jest zbudowanie masy mięśniowej w młodości. Wówczas jesteśmy bardziej aktywni fizycznie, a wzrost masy mięśniowej jest wspomagany poprzez hormony, większy apetyt i duże zapasy komórek macierzystych. To idealny moment, by zbudować sobie zapas jąder komórkowych w mięśniach. Mogą się one przydać po wielu latach, gdy będziemy potrzebowali szybko nadrobić utraconą masę mięśniową, co pomoże nam w zachowaniu dobrego stanu zdrowia i niezależności w sędziwym wieku.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Za kilka tygodni w Tokio ruszy kawiarnia, której pomysłodawcy wpadli na niezwykłą ideę jednoczesnego zatrudnienia osób z bardzo poważnym stopniem niepełnosprawności oraz robotów. W kawiarni mają pracować roboty, które będą kontrolowane zdalnie przez niepełnosprawnych przebywających we własnych domach.
      Androidy, wysokości mniej więcej 7-letniego dziecka, zostały wyposażone w kamery oraz mikrofony, dzięki czemu ich operatorzy zobaczą i usłyszą to, co dzieje się wokół. Pomysłodawcy mają nadzieję, że dzięki ich działaniom więcej firm zdecyduje się na zatrudnienie osób z ciężkimi niepełnosprawnościami, np. z chorobami prowadzącymi do zaniku mięśni.
      Wspomniane roboty OriHime-D. Ich operatorami będą osoby cierpiące np. na stwardnienie zanikowe boczne (choroba Lou Gehringa), tę samą chorobę, na którą cierpiał Stephen Hawking. Jeśli testy wypadną pomyślnie, to niewykluczone, że jeszcze przed Igrzyskami Olimpijskimi w Tokio w 2020 roku kawiarnia będzie na stałe zatrudniała roboty i niepełnosprawnych. Każdy powinien mieć prawo do pracy, mówi jeden z pomysłodawców, Masatane Muto, który sam cierpi na stwardnienie zanikowe boczne.
      Roboty OriHime-D mają 120 centymetrów wysokości i ważą około 20 kilogramów, będą pracowały w dzielnicy Akasaka od 26 listopada do 7 grudnia.
      Mniejsze wersje podobnych urządzeń sprzedaje około 70 japońskich firm. Są one wykorzystywane m.in. przez uczniów, którzy z jakichś powodów nie mogą chodzić do szkoły.
      Przedsiębiorstwem, które stoi za niezwykłą kawiarnią i które samo produkuje roboty, jest Ory Lab. Jego szef, Kentaro Yoshifuji, cierpiał w młodości na chorobę wywołaną stresem, przez co jako dziecko był izolowany od kolegów. Studiował robotykę na tokijskim Waseda University, chcąc opracować system porozumiewania się ludzi za pośrednictwem robotów.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Miliony ludzi na całym świecie z różnych powodów potrzebują pomocy w ubieraniu. Roboty mogłyby się sprawdzić przy tym zadaniu, na razie kłopotów przysparzają jednak skomplikowane ludzkie ciało i same ubrania. By sprostać zapotrzebowaniu, w Georgia Institute of Technology skonstruowano robota PR2, który w ciągu 1 dnia przeanalizował blisko 11 tys. symulacji ubierania człowieka i na tej podstawie "wyobraził sobie", co może czuć ubierana w szpitalną koszulę istota ludzka.
      Maszyna nie polega na wzroku, ale na dotyku oraz siłach generowanych i odbieranych podczas przesuwania ubrania przez dłoń, łokieć i ramię człowieka.
      Niektóre przeanalizowane symulacje ubierania przebiegały wzorcowo, inne były spektakularnymi porażkami - gdy koszula zahaczała się o dłoń lub łokieć, robot przykładał do ręki niebezpieczne siły.
      Na podstawie tych przykładów sieć neuronowa PR2 nauczyła się szacować siły przykładane do człowieka.
      Ludzie uczą się nowych umiejętności metodą prób i błędów. PR2 także daliśmy taką możliwość. Przeprowadzanie tysięcy prób na człowieku byłoby zarówno niebezpieczne, jak i żmudne. Za pomocą symulacji, w ciągu zaledwie jednego dnia, robot mógł się jednak swobodnie nauczyć, co człowiek czuje podczas ubierania - wyjaśnia doktorant Zackory Erickson.
      Robot nauczył się także przewidywać konsekwencje ubierania w różny sposób. Wie, że o ile pewne ruchy naprężają tkaninę, o tyle inne pozwalają przesunąć koszulę gładko wzdłuż ludzkiej ręki. Maszyna wykorzystuje te przewidywania, by wybrać ruchy, które pozwolą bezproblemowo ubrać rękę.
      Po nauce na symulacjach przyszedł czas na ubieranie prawdziwych ludzi. Ochotnicy siadali naprzeciw robota i patrzyli, jak podnosił on koszulę i zaczynał ją wkładać na ich rękę.
      Kluczem jest to, że robot zawsze myśli zawczasu. Pyta sam siebie, "czy jeśli włożę koszulę w ten sposób, na ramię człowieka zadziała większa, czy mniejsza siła? Co by się stało, gdybym to zrobił inaczej?" - opowiada prof. Charlie Kemp.
      Naukowcy manipulowali czasowaniem robota i pozwolili mu planować przyszłe ruchy na 1/5 s do przodu. Nie schodzili poniżej tego czasu, bo zwiększało to wskaźnik błędów. Na razie robot ubiera tylko jedną rękę. Cały proces zajmuje mu ok. 10 sekund.
       


      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...