Робот из природного материала: Поделка «Робот»

У человека есть вестибулоокулярный рефлекс: глаза при перемещении стабилизируются с учетом вестибулярной информации, что позволяет сохранять стабильность картинки, которую мы видим. На теле робота также могут быть датчики ускорения и вертикализации. Они помогают роботу учитывать движения тела для стабилизации зрительного восприятия внешнего мира и совершенствования ловкости.

Кроме того, робот может ощущать точно так же, как человек — на роботе может быть кожа, он может чувствовать прикосновение. И тогда он не просто произвольно движется в пространстве: если он дотрагивается до препятствия, он его ощущает и реагирует так же, как человек. Он может использовать эту искусственную тактильную информацию и для схватывания предметов.

Тактильные сенсоры позволяют этой роботизированной руке манипулировать мелкими предметами, в том числе стеклянными шариками

У роботов можно имитировать даже болевые ощущения: какое-то прикосновение ощущается нормально, а какое-то вызывает боль, что в корне меняет поведение робота. Он начинает избегать боли и вырабатывает новые модели поведения, то есть обучается — как ребенок, который впервые обжегся чем-то горячим.

Не только сенсорные системы, но и управление своим телом у робота можно спроектировать по аналогии с человеком. У людей ходьбой управляют так называемые центральные генераторы ритма — специализированные нервные клетки, предназначенные для контроля автономной моторной активности. Есть роботы, в которых для управления ходьбой была использована та же идея.

Кроме того, роботы могут обучаться у людей. Робот может совершать действия бесконечным числом способов, но если он хочет имитировать человека, он должен наблюдать за тем, как человек это делает, и пытаться повторить это движение. При совершении ошибок он сравнивает это с тем, как это же действие совершает человек.

Роботы для нейронауки

Как может использовать роботов нейронаука? Когда мы изготовляем модель биологической системы, мы начинаем лучше понимать, по каким принципам она работает. Поэтому создание механических и компьютерных моделей управления движениями нервной системой человека приближает нас к пониманию нервных функций и биомеханики.

А наиболее перспективное направление использования роботов в современной нейронауке — это проектирование нейроинтерфейсов, систем для управления внешними устройствами с помощью сигналов мозга. Нейроинтерфейсы необходимы для разработки нейропротезов (например, искуственной руки для людей, лишившихся конечности) и экзоскелетов — внешних каркасов тела человека для увеличения его силы или восстановления утраченной двигательной способности.

Один из первых полноценных нейропротезов конечностей, созданный в Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса, управляется при помощи электрических импульсов мозга (Фото: youtube.com)

Робот может взаимодействовать с нервной системой через интерфейс в двух направлениях: нервная система может подавать командный сигнал роботу, в робот от своих сенсоров может подавать человеку сенсорную информацию, вызывая реальные ощущения — за счет стимуляции нервов, нервных окончаний кожи, или самой сенсорной коры мозга. Такие механизмы обратной связи позволяют восстановить чувствительность конечности, если она была утрачена. Они также необходимы для более точных движений роботизированной конечностью, так как именно на основе сенсорной информации от рук и ног мы корректируем движения.

Фото: Dan Hixson / University of Utah College of Engineering

Здесь возникает интересный вопрос — следует ли нам управлять через нейроинтерфейс всеми степенями свободы робота, то есть насколько конкретные команды мы должны ему посылать. Например, можно «приказать» роботизированной руке взять бутылку воды, а конкретные операции — опустить руку, повернуть ее, разжать и сжать пальцы — она совершит сама. Этот подход называется совмещенным контролем — через нейроинтерфейс мы даем простые команды, а специальный контроллер внутри робота выбирает наилучшую стратегию для реализации. Либо можно создать такой механизм, который не поймет команды «взять бутылку»: ему нужно посылать информацию о конкретных, детализированных движениях.

Современные исследования

Ученые в области нейронаук и робототехники изучают различные аспекты работы мозга и устройства роботов. Так, в университете Дьюк я проводил эксперименты с нейроинтерфейсами на обезьянах — так как для точной работы интерфейсов необходимо их прямое подключение к зонам мозга и не всегда такие экспериментальные вмешательства возможны на людях.

В одном из моих исследований обезьяна ходила по дорожке, активность ее моторной коры ее мозга, ответственной за движение ног, считывалась и запускала ходьбу робота. При этом обезьяна наблюдала этого ходящего робота на экране, который был перед ней расположен.

Обезьяна использовала обратную связь, то есть корректировала свои движения на основе того, что она видит на экране. Таким образом разрабатываются наиболее эффективные для реализации ходьбы нейроинтерфейсы.

Кибернетическое будущее

Подобные исследования ведут нас к инновационным разработкам в будущем. Например, создание экзоскелета для восстановления движений у полностью парализованных людей уже не кажется недостижимой фантазией — необходимо только время. Этот прогресс может сдерживать недостаточная мощность компьютеров, но за последние десять лет развитие и здесь было колоссальным. Вполне вероятно. что скоро мы увидим вокруг людей, которые используют для передвижения не коляски, а легкий, удобный экзоскелет. Люди-киборги станут для нас чем-то обыденным.

Коммерческая разработка таких систем идет по всему миру, в том числе и в России. Например, в известном проекте ExoAtlet разрабатывают экзоскелеты для реабилитации людей с двигательными нарушениями. Центр биоэлектрических интерфейсов НИУ ВШЭ поучаствовал в разработке алгоритмов для этих машин: директор Центра профессор Алексей Осадчий и его аспиранты разработали нейроинтерфейс, запускающий шагательные движения экзоскелета.

Экзоскелеты компании ExoAtlet помогают встать на ноги людям с травмами спинного мозга, перенесенным инсультом и другими нарушениями (Фото: ExoAtlet)

Быстрое развитие человекоподобных роботов-андроидов тоже становится реальностью. Вполне вероятно, что скоро вокруг нас будут ходить роботы, которые будут имитировать нас во многих аспектах — двигаться как мы и думать как мы. Они смогут выполнять часть работы, прежде доступной только человеку.

Очевидно, что мы будем видеть развитие и робототехники, и нейронаук, и эти области будут сближаться. Это не только открывает новые возможности, но и создает новые этические вопросы: как мы должны относиться к роботам-андроидам или людям-киборгам.

И все-таки пока человек лучше, чем робот, во многих отношениях. Наши мышцы наиболее экономичны: достаточно съесть бутерброд, чтобы хватило энергии на весь день. У робота заряд батарей закончится через полчаса. И хотя может быть гораздо мощнее, чем человек, он часто оказывается слишком тяжелым. Элегантность и оптимизация энергетических затрат — тут человек пока превосходит робота.

Хотя недалеко то будущее, когда это изменится — в этом направлении работают десятки тысяч талантливых ученых и инженеров.

Подписывайтесь также на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.

Исследователи стремятся создать экологически чистых роботов из биоразлагаемых материалов

Задумывались ли вы, что скрыто под грубой кожей у роботов, похожих на человеческие? Что ж! Даже когда роботы становятся более реалистичными, их внутренности в основном состоят из пластика или металла. Эти материалы трудно утилизировать, особенно после их эксплуатации. Это связано с тем, что эти материалы токсичны, не поддаются биологическому разложению и дороги. Ученые в Италии разрабатывают биоразлагаемые тела для роботов!

Их цель — создать умные материалы, которые разлагаются, как человеческая кожа.Чтобы в конце «жизни» робота его можно было похоронить. Таким образом, можно гарантировать отсутствие угрозы окружающей среде.

Когда промышленные роботы перестают работать, их заменяют более новыми версиями. Это называется «снятие с эксплуатации». Здесь возникает необходимость избавиться от них. Большинство этих роботов сделано из пластика. Более опасное воздействие заключается в том, что внутри этих роботов находится множество электронных датчиков, детекторов движения, аккумуляторов, двигателей и других вредных роботизированных частей, которые представляют опасность, особенно роботов, которые сконструированы как единое рабочее устройство. Таким образом, утилизация этих вредных выведенных из эксплуатации роботов представляет угрозу для окружающей среды!

Исследовательская группа ITT (Итальянского технологического института) в Генуе использует подход «смешивания и сопоставления» для разработки «умных материалов», необходимых для создания биоразлагаемых роботов. Это достигается путем комбинирования различных наноматериалов для создания продуктов с новыми свойствами. Другими существующими материалами являются хлопок или бумага или различные пены из синтетических пен, таких как полиуретан или формы хлопка.

Команда доктора Афанасии Атанассиу в ITT разработала биопластики, произведенные из овощей. Кроме того, уникальность этого материала заключается в том, что в отличие от обычных пластиковых материалов, которые производятся из нефтепродуктов, они производятся из промышленных пищевых отходов. Следовательно, биопластические материалы считаются нетоксичными. Таким образом, они безопасны для окружающей среды, поскольку для их производства требуется меньше энергии и водных ресурсов.

«Эти природные биоразлагаемые материалы также очень гибкие и поэтому используются для изготовления шкур роботов», — поясняет Д. Р. Атанассиу.Что касается внутренних частей робота, эти материалы можно сделать твердыми. Датчики также могут быть встроены в гибкую оболочку робота.

Преимущество состоит в том, что роботы, сделанные из этих биоразлагаемых интеллектуальных материалов, вместо электронных компонентов, встроенных в них, будут более эффективными. Тогда их можно будет перерабатывать!

В рамках совместного исследовательского проекта Университета Канагавы «Проект разработки роботов с использованием экологически чистых интеллектуальных материалов», который начался в апреле 2012 года и завершился в марте 2014 года, были реализованы роботы для жизнеобеспечения и разработка соответствующей роботизированной технологии. Условия в названии проекта раскрывают цель проекта:

• «Благоприятно для человека» означает безопасно.
• «Экологичный» означает экологически безопасные, пригодные для вторичной переработки натуральные материалы.
• «Умный» означает приятный внешний вид в дополнение к высокой производительности.

Они использовали нановолокна целлюлозы, которые являются экологически чистым материалом, изготовленным из древесной массы. Были изготовлены зеленые композиты, состоящие из целлюлозного нановолокна, натурального волокна и биоразлагаемой смолы для деталей роботов, и исследованы их свойства при изгибе.

Доктор Джонатан Росситер, старший преподаватель кафедры Бристольского университета и сотрудник Бристольской робототехнической лаборатории (BRL) получил грант на двухлетний исследовательский проект для своего проекта: «Робот, который разлагается: на биоразлагаемые роботизированные организмы». Обычные роботы построены из жестких эластичных материалов, которые одновременно токсичны и негативно влияют на естественную экологию. Следовательно, существует потребность в обеспечении безопасности окружающей среды путем развертывания роботов, которые являются безопасными и биоразлагаемыми, когда они достигли своего срока службы.

Доктор Росситер вместе со своим соисследователем, доктором Лоаннисом Леропулосом, старшим научным сотрудником BRL, стремится продемонстрировать, что автономные мягкие искусственные роботизированные организмы могут проявлять важную характеристику биологических организмов, а именно разложение после использования, так что разложится на безвредный материал.

Биоразлагаемость, следовательно, улучшит качества робота Ecobot. Робот Ecobot — это автономный робот, который получает энергию от потребления биомассы из окружающей среды.Единственным побочным продуктом этого процесса является диоксид углерода, который также образуется в результате естественного биоразложения топлива.

Ecobot-1 был разработан в 2002 году в БРЛ. Ecobot-1 — это робот, который был построен для выполнения фотоаксиса (то есть движения к свету). Они не использовали никаких других форм обычного источника питания и не требовали никаких других форм начальной зарядки от каких-либо внешних источников.

Ecobot-2 был развернут в 2004 году в BRL и стал первым роботом в мире, который выполнял зондирование, обработку информации и связь, а также фотоаксиальную съемку.Он поддается биологическому разложению, поскольку в качестве топлива потреблял мертвых мух, гнилые фрукты и панцири ракообразных, а в качестве катода — кислород из свободного воздуха. Экобот-2 был первым практическим роботом-примером робота-симбиотика, также известного как Симбот.

Ecobot-3 был разработан в 2010 году. Это был первый в мире робот, который продемонстрировал подлинную самодостаточность в примитивной форме. Он использовал микроорганизмы для снабжения робота энергией (производимой как часть естественной и нормальной микроорганической деятельности) для выполнения своих действий.

Безусловно, предстоит еще много работы, когда биоразлагаемые роботы начнут помогать защищать окружающую среду. Эти роботы могут быть отправлены в удаленные или чувствительные районы для сбора данных, даже используя природные ресурсы для получения энергии, например, такие как грязные лужи, отложения или вредители, такие как мухи или комары.

Эти роботы продолжают работать, пока это топливо подается непрерывно.Необходимо разработать встроенный механизм, который затем инициирует биоразложение робота после того, как он выполнит свою задачу.

Еще одна роль, где эти роботы могут быть развернуты, — это места, где накопились антропогенные отходы, такие как разливы нефти или ядерные отходы. Отчеты показывают, что бактерии могут поглощать сырую нефть при разливах и даже ядерных отходах. Роботы могут быть отправлены в зараженные области, которые загружены этими бактериями, и могут очистить зараженную область. После того, как робот выполнил свою миссию, его можно оставить безвредно деградировать в окружающей среде!

Биоразлагаемые роботы не только обеспечивают безопасность окружающей среды, но также могут использоваться в качестве дружелюбных компаньонов для оказания помощи пожилым людям, а также детям!

Исследователи из Технологического университета Наньян в Сингапуре недавно протестировали своего робота-регистратора Надин.Надин была создана с целью использовать ее в качестве личного помощника на рабочем месте. Надин умеет общаться с людьми и даже может вспомнить их предыдущие разговоры. Надин — создание профессора Нади Тельманн, директора Института медиа-инноваций НТУ.

Профессор говорит, что этот гуманоид выражает свои чувства и эмоции как человек. Эта технология социальных роботов может быть коммерциализирована для использования в качестве личных помощников на рабочем месте и даже в качестве компаньонов для пожилых людей, которым требуется личная помощь, например, для детей и пожилых людей дома. «Надя также будет служить платформой для оказания медицинских услуг в будущем», — поясняет профессор Надя.

можно использовать для создания и развертывания биоразлагаемых, умных экологически чистых роботов, которые могут сделать мир лучше для жизни!

Ученые использовали стволовые клетки для создания новой формы жизни: органических роботов

Кредит: Дуглас Блэкистон, Университет Тафтса,

Прямо из 1990-х годов на сюжете Парка Юрского периода команда ученых успешно создала совершенно новую форму жизни, используя стволовые клетки, полученные из эмбрионов лягушки.

Новый вид называется ксеноботом, и он не похож ни на что другое в природе. Исследователи называют его «живым роботом», потому что, хотя он полностью сделан из органического материала, он не столько выращен, сколько «развит».

Джошуа Бонгард, исследователь из Университета Вермонта, который руководил исследованием, сказал:

Это новые живые машины. Это не традиционные роботы и не известные виды животных. Это новый класс артефактов: живой программируемый организм.

Xenobots созданы с использованием системы искусственного интеллекта, которая, как и полагается, основывается на эволюционных алгоритмах. Ученые программируют клетки с помощью суперкомпьютера в Университете Вермонта, а затем исследователи из Тафтса собирают существ, и… жизнь находит путь.

Согласно пресс-релизу Университета Вермонта:

Собранные в формы тела, невиданные в природе, клетки начали работать вместе. Клетки кожи сформировали более пассивную архитектуру, в то время как некогда случайные сокращения клеток сердечной мышцы были задействованы, создавая упорядоченное поступательное движение в соответствии с дизайном компьютера и которому способствовали спонтанные самоорганизующиеся модели, позволяющие роботам двигаться дальше. собственный.

Роботы могут быть собраны в множество конфигураций, и, согласно исследовательской работе команды, они способны к самовосстановлению, передвижению и совместной работе.

Теоретически ксеноботы могут функционировать как биоразлагаемые наноботы. Это сделало бы их полезными для таких функций, как доставка лекарств в человеческий организм.

Вот еще одна теория: Парк Юрского периода. В фильме 1993 года (спойлеры впереди, но прошло уже почти 30 лет) группа ученых соединила ДНК динозавров со стволовыми клетками современных существ, включая, как вы уже догадались, лягушек.

В фильме разразился ад, когда клетки лягушки начали выходить из строя.

Однако мы совершенно уверены, что здесь этого не произойдет. Вот полное исследование на тот случай, если вы захотите проверить сами.

Читать далее: Обновление Google превращает ваш iPhone в физический ключ безопасности учетной записи

Материалы для оценки для проектирования и изготовления роботов

Робокостюм использует термостойкие материалы в качестве защитного покрытия для роботов.Источник: Roboworld

Внешний вид робота может быть второстепенным для некоторых разработчиков робототехники, но ваш выбор материалов повлияет на его безопасность, долговечность и даже эстетику. Любой дизайн-проект должен включать рассмотрение того, как робот будет двигаться, будет ли он работать вокруг людей, какие задачи он будет выполнять, а также ожидаемую среду.

Другие соображения включают простоту очистки и ремонта, вес (который влияет на общие требования к питанию), дизайн для производства и, конечно же, стоимость.

Совместные роботы-манипуляторы, или коботы, сильно отличаются от автономных подводных аппаратов, воздушных дронов или других полевых роботов. Робот, который работает внутри аппарата МРТ, должен быть изготовлен из определенных материалов, в то время как стационарный робот на заводе может нуждаться в других характеристиках.

Вот некоторые материалы, которые следует учитывать при проектировании и создании роботов.

1. Сталь

Сталь — один из материалов, наиболее часто используемых строителями роботов. Этот прочный металл — разумный выбор, если вы создаете робота, который должен выдерживать суровые условия.Во многих случаях возможно упрочнение стали до величины от 100 000 до 300 000 фунт-силы на квадратный дюйм (psi).

Если вы планируете закалить сталь, ищите сталь с высоким содержанием углерода. Обычно, чем больше углерода в стали, тем больше она подходит для упрочнения путем термообработки.

Также доступны ультра-износостойкие сорта стали, а также сталь, стойкая к частым ударам. Имейте в виду, что с этим материалом может быть сложно работать, если у вас нет подходящих инструментов, например, используемых для сварки. Это особенно верно, если вам нужно, чтобы сталь соответствовала определенной форме, чтобы упростить тело вашего робота.

Российский роботизированный танк Уран-9, очевидно, имеет стальную конструкцию, и его проблемы в полевых условиях были связаны с проблемами связи, а не с материалами.

2. Резина

Растет спрос на коммерческих роботов с гибкой внешностью, такой как человеческая «кожа». Более того, для коботов, работающих вместе с людьми, выгодно иметь мягкую поверхность.Этой цели можно достичь с помощью резины и мягких пластиков.

В Университете Хьюстона группа исследователей использовала резиновый композитный материал для изготовления полупроводника. Электроника сохранила функциональность даже после того, как исследователи растянули резину на 50%. Работать с традиционными полупроводниками при создании роботов сложно, потому что их легко сломать, что, конечно, не является идеальной характеристикой для робота, который должен изгибаться.

Демонстрируя свою работу, исследователи разработали роботизированную кожу, которая может определять температуру после погружения в чашку с водой.Затем, чтобы доказать широту потенциальных возможностей применения проекта, они заставили руку принимать компьютерные сигналы и воспроизводить их на американском жестовом языке.

Команды Стэнфордского университета и Национального университета Сингапура также работают над роботами с полимерным покрытием, обеспечивающим осязание.

Даже если ваш робот имеет резиновый корпус, внутри него обычно находятся твердые компоненты, в том числе процессоры и исполнительные механизмы. Однако более поздний проект включал разработку мягкого робота с компьютером, также сделанным из резины.

Роботы с резиновым корпусом обычно более безопасны, чем роботы, сделанные из более твердых материалов. Кроме того, они хорошо подходят для обработки деликатных продуктов, например фруктов. Захваты Soft Robotics приспосабливаются к таким объектам в задачах подбора и размещения, не повреждая их.

В некоторых тематических парках Диснея роботы взаимодействуют с гостями, и есть планы в конечном итоге расширить аниматронику, скрытую за стеклом или удаленную от людей, до роботов, которые ходят по паркам.Легко понять, почему резина и пластик полезны для роботов, которые выглядят как живые, и безопаснее работать с людьми.

3. Алюминий

Хотя алюминий дороже стали, ему легче придать форму и он легче. Алюминий также является хорошим материалом, если вы беспокоитесь о том, что внешний вид робота со временем станет ржавым, потому что алюминий не ржавеет. Однако, поскольку он может подвергаться коррозии в некоторых влажных средах, вы можете рассмотреть возможность обработки поверхности, чтобы обеспечить ей большую защиту от возможной коррозии.

Еще одна вещь, которая делает алюминий популярным вариантом для экстерьера роботов, — это то, что его можно полировать до блеска. Итак, если вы создаете коммерческого робота, который в конечном итоге захочет продемонстрировать ваш клиент, алюминий придает корпусу приятный внешний вид, предлагая при этом достаточную долговечность. Вы также можете работать со специалистами, которые предоставляют технологию полировки алюминия с помощью трехходовых станков, которые позволяют программировать для удовлетворения потребностей двусторонней обработки.

Некоторые конструкторы также используют алюминий в корпусах роботов для защиты более хрупких деталей.В одном примере итальянские ученые создали робота, достаточно сильного, чтобы вытащить самолет весом 7200 фунтов по взлетно-посадочной полосе. Робот, у которого было четыре электродвигателя, четыре гидравлических привода и пара компьютеров, размещал свои части в алюминиевом каркасе безопасности.

4. Кевлар

Кевлар — синтетическое волокно, часто используемое для изготовления пуленепробиваемых жилетов. Некоторые из его характеристик заслуживают оценки и для внешнего вида роботов. Вы можете использовать его в качестве покрытия для роботов, которые требуют защиты от экстремальных температур.Многие термостойкие перчатки используют кевлар, потому что этот материал не плавится и не капает при воздействии горячей среды.

Кроме того, кевлар не разлагается при арктических температурах -50 градусов по Фаренгейту, и криогенные условия не оказывают отрицательного воздействия на волокна.

Roboworld Molded Products LLC производит робокостюмы, многие из которых содержат кевлар, для защиты чувствительных частей внешнего вида вашего робота при высоких температурах. Робокостюмы разрабатываются по индивидуальному заказу в зависимости от потребностей, но костюм, в состав которого входит кевлар, подходит для сварочных работ.

Робокостюм надевается на тело робота, не влияя на его сочленение и радиус действия. Эта простая в использовании защита может поддерживать работоспособность робота, помогая ему переносить исключительно высокие или низкие температуры.

Без покрытия, подобного этим конструкциям из кевлара, низкие температуры могут отрицательно повлиять на консистентную смазку или другие смазочные материалы для внутренних деталей, в то время как тепло может привести к перегреву двигателей и их остановке. Внешний кожух удерживает робота в рекомендованном диапазоне рабочих температур, обеспечивая защиту от теплового излучения.

5. Биоразлагаемые «умные» материалы

Все упомянутые выше материалы относительно легко найти и имеют разный уровень прочности в зависимости от необходимости. Однако вы можете не знать об усилиях по созданию биоразлагаемых материалов.

Итальянские исследователи умеют создавать роботов из биопластика, состоящего из пищевых отходов.

Поскольку большинство обычных пластмасс содержат нефть — вещество, которое способствует изменению климата, — исследователи считают, что их альтернатива может помочь планете, особенно в морских зондах.

Кроме того, эти так называемые биоразлагаемые интеллектуальные материалы универсальны. Ученые создали из них кожу робота и сказали, что биопластик может быть достаточно твердым и для внутренних частей.

В Великобритании специалисты Бристольской робототехнической лаборатории работали над роботом, который разлагается после завершения своей миссии. Он может помочь в поисково-спасательных операциях на месте бедствия и впоследствии начать разрушать свое тело. Тогда людям не придется искать и возвращать роботов, а биоразлагаемые материалы не причинят вреда планете.

Инвесторы и разработчики все больше осознают необходимость экологически безопасного и устойчивого развития робототехники. Переработанные материалы и биоразлагаемый пластик во многом помогут им в достижении этой цели.

Правильные материалы для работы робота

Это лишь вводный список некоторых из наиболее часто используемых материалов для экстерьера роботов. Конечно, материал, который использует робот, в первую очередь будет зависеть от его назначения. Например, материалы, используемые в роботизированной хирургии, должны выдерживать строгие методы стерилизации.В этом случае такой полимер, как акрилонитрилбутадиенстирол (АБС), будет работать намного лучше, чем материал, не отвечающий медицинским требованиям и нормам.

Некоторые мягкие материалы для робототехники могут даже «чувствовать» боль и исцелять сами себя.

Роботы, используемые в чистых помещениях, при работе с пищевыми продуктами и в водной среде, также требуют особого внимания. Например, для плавучего робота потребуется легкий и водостойкий материал. С другой стороны, биомиметическому роботу потребуется мягкое и гибкое вещество, которое может удобно захватывать и перемещаться.Размышление об этих уникальных требованиях — важная часть процесса создания.

The Robot Report запустил форум Healthcare Robotics Engineering Forum, который пройдет 9-10 декабря в Санта-Кларе, Калифорния. Конференция и выставка посвящены совершенствованию дизайна, разработки и производства медицинских роботов следующего поколения. Узнайте больше о Форуме по робототехнике в сфере здравоохранения .

Биогибридные роботы, построенные из живой ткани, начинают обретать форму

Подумайте о традиционном роботе и вы, вероятно, представите что-то из металла и пластика.Такие роботы-«гайки и болты» изготавливаются из твердых материалов. Поскольку роботы берут на себя все больше ролей за пределами лаборатории, такие жесткие системы могут представлять угрозу безопасности для людей, с которыми они взаимодействуют. Например, если промышленный робот налетает на человека, возникает риск получения синяков или повреждения костей.

Исследователи все чаще ищут решения, позволяющие сделать роботов более мягкими или более податливыми — менее похожими на жесткие машины, больше на животных. С традиционными исполнительными механизмами, такими как двигатели, это может означать использование воздушных мышц или добавление пружин параллельно с двигателями.Например, на роботе Whegs наличие пружины между двигателем и опорой колеса (Wheg) означает, что если робот наезжает на что-то (например, на человека), пружина поглощает часть энергии, чтобы человек не пострадал. Еще один пример — бампер робота-пылесоса Roomba; он подпружинен, поэтому Roomba не повредит предметы, в которые он врезается.

Но есть все больше исследований, использующих другой подход. Объединив робототехнику с тканевой инженерией, мы начинаем создавать роботов, работающих на живой мышечной ткани или клетках.Эти устройства можно стимулировать электричеством или светом, чтобы клетки сокращались и изгибали их скелеты, заставляя робота плавать или ползать. Полученные биоботы могут двигаться и мягкие, как животные. Они безопаснее для людей и, как правило, менее вредны для окружающей среды, в которой работают, чем традиционные роботы. А поскольку, как и животным, им для питания мышц нужны питательные вещества, а не аккумуляторы, биогибридные роботы, как правило, также легче.

Создание биобота

Исследователи создают биоботов, выращивая живые клетки, обычно из сердца или скелетных мышц крыс или цыплят, на каркасах, которые нетоксичны для клеток. Если подложка представляет собой полимер, созданное устройство представляет собой биогибридный робот — гибрид между натуральными и искусственными материалами.

Если вы просто разместите ячейки на формованном каркасе без каких-либо указаний, они окажутся в произвольной ориентации.Это означает, что когда исследователи применяют электричество, чтобы заставить их двигаться, силы сокращения клеток будут действовать во всех направлениях, что в лучшем случае сделает устройство неэффективным.

Итак, чтобы лучше использовать силу клеток, исследователи обращаются к микропроцессору. Мы штампуем или печатаем микромасштабные линии на скелете из веществ, к которым клетки предпочитают прикрепляться. Эти линии направляют клетки так, что по мере их роста они выравниваются по напечатанному шаблону. Когда все клетки выстроены в линию, исследователи могут определять, как их сила сжатия применяется к субстрату.Таким образом, вместо беспорядка стреляющих ячеек, все они могут работать в унисон, перемещая ногу или плавник устройства.

Биогибридные роботы, вдохновленные животными

Помимо множества биогибридных роботов, исследователи даже создали несколько полностью органических роботов, используя натуральные материалы, такие как коллаген в коже, а не полимеры для корпуса устройства.Некоторые могут ползать или плавать под воздействием электрического поля. Некоторые черпают вдохновение в методах медицинской тканевой инженерии и используют длинные прямоугольные руки (или консоли), чтобы подтягиваться вперед.

Другие позаимствовали свои идеи у природы, создав биологически вдохновленные биогибриды. Например, группа исследователей из Калифорнийского технологического института разработала биогибридного робота, вдохновленного медузами. Это устройство, которое они называют медузоидом, имеет руки, расположенные по кругу.Каждая рука покрыта микропроцессором из белковых линий, поэтому клетки растут по образцу, подобному мышцам живой медузы. Когда клетки сокращаются, руки сгибаются внутрь, продвигая биогибридного робота вперед в богатой питательными веществами жидкости.

Совсем недавно исследователи продемонстрировали, как управлять своими биогибридными творениями. Группа в Гарварде использовала генетически модифицированные клетки сердца, чтобы заставить плавать биологически вдохновленного робота в форме ската манты. Клетки сердца были изменены, чтобы сокращаться в ответ на определенные частоты света — на одной стороне луча были клетки, которые реагировали на одну частоту, клетки другой стороны отвечали на другую.

Когда исследователи направили свет на переднюю часть робота, клетки там сжались и послали электрические сигналы в клетки, расположенные дальше по телу ската манты. Сокращение будет распространяться вниз по телу робота, перемещая устройство вперед. Исследователи могли заставить робота поворачиваться вправо или влево, изменяя частоту используемого света. Если бы они освещали больше света той частоты, на которую будут реагировать клетки с одной стороны, сокращения на этой стороне ската манты будут сильнее, что позволит исследователям управлять движением робота.

Укрепление биоботов

Несмотря на то, что в области биогибридной робототехники были сделаны захватывающие разработки, предстоит еще проделать значительную работу, чтобы вывести устройства из лаборатории. В настоящее время устройства имеют ограниченный срок службы и низкую мощность, что ограничивает их скорость и способность выполнять задачи. Роботы, сделанные из клеток млекопитающих или птиц, очень требовательны к условиям окружающей среды. Например, температура окружающей среды должна быть близкой к биологической температуре тела, а клетки требуют регулярного кормления жидкостью, богатой питательными веществами.Одно из возможных решений — упаковать устройства таким образом, чтобы мышцы были защищены от внешней среды и постоянно купались в питательных веществах.

Другой вариант — использовать более прочные элементы в качестве исполнительных механизмов. Здесь, в Университете Кейс Вестерн Резерв, мы недавно начали исследовать эту возможность, обратившись к выносливому морскому слизнюку Aplysia californica . С г.californica обитает в приливной зоне, в течение дня он может испытывать сильные перепады температуры и солености окружающей среды. Когда прилив уходит, морские слизни могут застрять в приливных лужах. Когда солнце садится, вода может испаряться, и температура повышается. И наоборот, в случае дождя соленость окружающей воды может уменьшиться. Когда в конце концов наступает прилив, морские слизни освобождаются из приливных бассейнов. Морские слизни развили очень выносливые клетки, способные выдержать эту изменчивую среду обитания.

Мы смогли использовать ткань Aplysia для приведения в действие биогибридного робота, что говорит о том, что мы можем производить более жестких биоботов, используя эти упругие ткани. Устройства достаточно велики, чтобы нести небольшую полезную нагрузку — примерно 1,5 дюйма в длину и один дюйм в ширину.

Еще одна проблема при разработке биоботов заключается в том, что в настоящее время в устройствах отсутствует какая-либо бортовая система управления.Вместо этого инженеры управляют ими с помощью внешних электрических полей или света. Чтобы разработать полностью автономные биогибридные устройства, нам потребуются контроллеры, которые взаимодействуют напрямую с мышцами и обеспечивают сенсорную информацию самому биогибридному роботу. Одна из возможностей — использовать нейроны или кластеры нейронов, называемые ганглиями, в качестве органических регуляторов.

Это еще одна причина, по которой мы рады использовать Aplysia в нашей лаборатории. Этот морской слизень был модельной системой для нейробиологических исследований на протяжении десятилетий.Уже многое известно о взаимоотношениях между его нейронной системой и мускулами, что открывает возможность использования ее нейронов в качестве органических контроллеров, которые могут указывать роботу, в какую сторону двигаться, и помогать ему выполнять задачи, такие как поиск токсинов или отслеживание свет.

Хотя эта область все еще находится в зачаточном состоянии, исследователи видят множество интересных приложений для биогибридных роботов. Например, наши крошечные устройства, использующие слизистую ткань, могут быть выпущены в виде стаи в водоемы или океан для поиска токсинов или протекающих труб.Из-за биосовместимости устройств, если они сломаются или будут съедены дикой природой, эти датчики окружающей среды теоретически не будут представлять такой же угрозы окружающей среде, как традиционные роботы-гайки и болты.

Когда-нибудь устройства можно будет изготовить из клеток человека и использовать в медицинских целях. Биоботы могут обеспечивать адресную доставку лекарств, убирать сгустки или служить совместимыми активными стентами. Используя органические субстраты, а не полимеры, такие стенты можно использовать для укрепления слабых кровеносных сосудов, чтобы предотвратить аневризмы, и со временем устройство будет реконструировано и интегрировано в организм.Помимо разрабатываемых в настоящее время небольших биогибридных роботов, продолжающиеся исследования в области тканевой инженерии, такие как попытки выращивать сосудистые системы, могут открыть возможность выращивания крупномасштабных роботов, приводимых в действие мышцами.

Робототехника, интеллектуальные материалы и их будущее влияние на людей

Что такое робот? Что такое умный материал? Как эти двое могут так сильно повлиять на нашу будущую жизнь? В этой статье мы рассмотрим истинный потенциал робототехники, в частности робототехники soft-smart.Эти технологии призваны перевернуть наше представление о том, что такое робот и как он может помочь нам и миру, в котором мы живем. Вместо того чтобы думать о роботах как о больших, жестких и устойчивых машинах, мы можем рассматривать роботов будущего как искусственные роботизированные организмы, обладающие свойствами, имитирующими и значительно расширяющими возможности естественных организмов. Уникальные свойства мягкости и податливости делают эти машины очень подходящими для взаимодействия с деликатными предметами, включая человеческое тело.Кроме того, мы коснемся концепций развивающейся робототехники, которые не были рассмотрены, в том числе их биоразлагаемости и регенеративного преобразования энергии. Как эти новые технологии в конечном итоге будут управлять робототехникой, и точная форма будущих роботов неизвестно, но здесь мы можем, по крайней мере, заглянуть в будущее влияние робототехники на людей.

Девятнадцатый век ознаменовал ускорение и широкое внедрение промышленных процессов. В начале века промышленная революция была в самом разгаре, и к концу мы разработали машину и собирались продемонстрировать полет с приводом от двигателя. Воздействие на жизни людей было огромным; были переписаны социальные и экономические правила, регулирующие поездки, здравоохранение, производство, рабочую среду и семейную жизнь. В двадцатом веке этот процесс повторился с технологической революцией, но гораздо быстрее. Технологии переехали из лаборатории и исследовательского института в дом. Движущими силами были новые области электроники, телекоммуникаций, автоматизации и вычислений, а не механические системы прошлого века.В начале 1900-х годов почти не было телефонов, но на заре тысячелетия мобильные телефоны были повседневным явлением; О компьютерах сто лет назад почти ничего не слышали, но они стали универсальными. Сейчас мы находимся на пороге нового не менее важного технологического сдвига: робототехнической революции. Эта революция поставит двадцать первый век на поворотное место в истории. Что еще более важно, это безвозвратно повлияет на всю нашу жизнь и жизнь будущих поколений.

Но что такое революция робототехники и что она действительно принесет? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны изучить, что такое робот; какие появляются новые технологии, такие как интеллектуальные материалы, которые изменят определение робота; и как роботы повлияют на жизнь людей и здоровье планеты. Если мы кратко обратимся к двум предыдущим революциям — Промышленной и Технологической, — они характеризовались развитием двух совершенно разных концепций: механической и электрической.С другой стороны, робототехника использует сочетание механических систем, электрических систем и новых методов вычислений и интеллекта. Именно благодаря сочетанию лучшего из множества существующих и новых технологий создается и будет разрабатываться довольно удивительный диапазон роботов и роботизированных систем.

Роботы: от угрозы холодной войны к будущему спасителю

«Робот» часто определяют с точки зрения его возможностей — это машина, которая может автоматически выполнять сложную серию действий, особенно одну, программируемую компьютером. Это полезное определение, которое охватывает большую часть обычных роботов, которых вы видите в научно-фантастических фильмах. Это определение и вес устоявшихся культурных представлений о том, что такое робот, влияют на наши представления о том, каким может быть робот. Лучшее свидетельство этого — изучение культурного отношения к роботам во всем мире. Если мы введем слово «робот» в англоязычную версию поисковой системы Google, мы получим изображения, которые являются почти исключительно гуманоидными, блестящими, жесткими по структуре и почти клиническими (см. Рис.1а). Среди них также есть довольно темные и агрессивные на вид роботы военного типа. Эти результаты существенно искажены культурным корпусом, который Google использует для изучения этих мнений. Если мы выполним тот же поиск на японском сайте Google (используя ロ ボ ッ ト, японское слово, обозначающее робот), мы получим другой набор результатов, как показано на рисунке 1b. Эти результаты показывают гораздо более дружелюбных и доступных роботов с меньшим количеством человеческих черт и большим количеством изображений мультфильмов и животных. Причина этого различия историческая и связана с послевоенным культурным запутыванием новых технологий, и в частности робототехники, в период холодной войны.Роботы стали образцами инопланетной угрозы. Напротив, Япония не страдала от этих предрассудков, и поэтому роботы рассматривались как безвредные сущности. Эти исторические и культурные различия имеют серьезные последствия для развития робототехники: западная робототехника тесно связана с военными исследованиями, а восточная робототехника сосредоточена на оказании помощи, здравоохранении и промышленности. Этот культурный фон также увековечивает наши предвзятые взгляды на то, как должен выглядеть робот и как он должен себя вести.

Теперь у нас есть возможность отойти от этих условностей.Роботу не обязательно быть гуманоидом, иметь конечности, ходить или разговаривать. Скорее, мы можем иметь гораздо более широкую интерпретацию того, что такое робот. Границы между интеллектуальными материалами, искусственным интеллектом, воплощением, биологией и робототехникой стираются. Вот как робототехника действительно повлияет на человечество в следующие двадцать-сорок лет. И какого влияния мы можем ожидать! От роботов, которые могут контролировать и восстанавливать окружающую среду, до нанороботов для отслеживания и уничтожения рака, и от роботов, которые проложат путь к планетарной колонизации, до роботов-компаньонов, которые уберегут нас от одиночества в старости.Нет части нашего общества или жизни, на которую бы не повлияла робототехника будущего. Короче говоря, они станут повсеместными.

На пути к вездесущим роботизированным организмам

Природа всегда находила способы использовать различия в условиях окружающей среды и адаптироваться к ним. В результате эволюционной адаптации появилось множество организмов, которые действуют и процветают в разнообразных и часто экстремальных условиях. Например, тихоходка (Schokraie et al., 2012) способна выдерживать более высокие давления, чем в самых глубоких океанах и в космосе, выдерживать температуры от 1K (-272 ° C) до 420K (150 ° C) и может прожить без еды тридцать лет. Организмы часто действуют в симбиозе с другими. Например, средний человек имеет около 30 триллионов клеток, но содержит около 40 триллионов бактерий (Sender et al., 2016). Они покрывают чешую от мельчайших свободноживущих бактерий, pelagibacter ubique, длиной около 0,5 мкм до синего кита длиной около тридцати метров. Это диапазон длины 7 порядков и примерно 15 порядков величины! Эти удивительные факты показывают, что если природа может использовать одни и те же биологические строительные блоки (ДНК, аминокислоты и т. Д.)) для такого удивительного набора организмов, мы тоже можем использовать наши роботизированные строительные блоки для охвата гораздо более широкого диапазона сред и приложений, чем мы сейчас. Таким образом, мы сможем сопоставить распространенность природных организмов.

Чтобы добиться повсеместного использования роботов, нам необходимо не только изучать и воспроизводить подвиги природы, но и выходить за их рамки с более быстрым (определенно более быстрым, чем в эволюционных масштабах!) Развитием и более общими и адаптируемыми технологиями. Еще один способ представить роботов будущего — это искусственные организмы.Вместо обычного робота, который можно разложить на механическую, электрическую и вычислительную области, мы можем рассматривать робота в терминах его биологического аналога, имеющего три основных компонента: тело, мозг и желудок. В биологических организмах энергия преобразуется в желудке и распределяется по телу для питания мышц и мозга, который, в свою очередь, управляет организмами. Таким образом, существует функциональная эквивалентность между организмом робота и естественным организмом: мозг эквивалентен компьютеру или системе управления; корпус эквивалентен механической конструкции робота; а желудок эквивалентен источнику питания робота, будь то батарея, солнечная батарея или любой другой источник энергии.Преимущество парадигмы искусственных организмов заключается в том, что нас поощряют использовать и выходить за рамки всех характеристик биологических организмов. Эти качества включают в себя качества, которые в значительной степени не учитываются в текущих исследованиях робототехники, включая работу в разнообразных и суровых условиях, благоприятную интеграцию с окружающей средой, воспроизводство, смерть и разложение. Все это необходимо для развития вездесущих роботизированных организмов.

Реализация этой цели достижима только путем согласованных исследований в области интеллектуальных материалов, синтетической биологии, искусственного интеллекта и адаптации.Здесь мы сосредоточимся на разработке новых интеллектуальных материалов для робототехники, но мы также увидим, как разработка материалов не может происходить в отрыве от других столь необходимых областей исследований.

Умные материалы для мягких роботов

Умный материал — это материал, который проявляет некоторый наблюдаемый эффект в одной области, когда стимулируется через другую область. Они охватывают все области, включая механические, электрические, химические, оптические, тепловые и т. Д. Например, термохромный материал демонстрирует изменение цвета при нагревании, в то время как электроактивный полимер генерирует механический выход (т.е.е., он движется) при электрическом воздействии (Bar-Cohen, 2004). Умные материалы могут добавить новые возможности робототехнике, особенно искусственным организмам. Вам нужен робот, который может отслеживать химические вещества? — вы можете использовать интеллектуальный материал, который изменяет электрические свойства при воздействии химического вещества. Вам нужно роботизированное устройство, которое можно имплантировать человеку, но оно превратится в ничто, когда выполнит свою работу? — вы можете использовать биоразлагаемые, биосовместимые и избирательно растворяющиеся полимеры. «Умные» материалы можно даже измерить.Их IQ можно рассчитать путем оценки их отзывчивости, ловкости и сложности (например, количества фазовых изменений, которым они могут подвергнуться) (Cao et al., 1999). Если мы объединим несколько интеллектуальных материалов в одном роботе, мы сможем значительно повысить IQ его тела.

Умные материалы могут быть твердыми, например пьезоэлементами (Кюри и Кюри, 1881), гибкими, такими как сплавы с памятью формы (Ву и Уэйман, 1987), мягкими, такими как диэлектрические эластомеры (Пелрин и др. , 2000), и даже флюидные, такие как феррожидкости (Albrecht et al., 1997) и электрореологические жидкости (Winslow, 1949). Это показывает большие возможности и разнообразие этих материалов, которые в значительной степени обладают тем же набором физических свойств (жесткость, эластичность, вязкость), что и биологическая ткань. Один важный момент, который следует признать почти всеми биологическими организмами и, конечно, всеми животными, — это их зависимость от мягкости. Ни одно животное, большое или маленькое, насекомое или млекопитающее, рептилия или рыба, не является абсолютно тяжелым. Даже насекомые с их жесткими экзоскелетами внутри мягкие и податливые.С этим напрямую связана зависимость природы от приведения в действие (создания движения и силы) мягких тканей, таких как мышцы. Скромный таракан — отличный тому пример; хотя у него очень жесткое и твердое тело, его конечности сочленяются мягкой мышечной тканью (Jahromi and Atwood, 1969). Если мы посмотрим поближе на животный мир, мы увидим множество организмов, которые почти полностью мягкие. К ним относятся черви, слизни, моллюски, головоногие моллюски и более мелкие водоросли, такие как эвглена. Они используют свою мягкость, чтобы сгибаться, скручиваться и сжиматься, чтобы менять форму, прятаться и передвигаться.Например, осьминог может выдавиться из контейнера через отверстие, меньшее одной десятой диаметра его тела (Mather, 2006). Несмотря на свою мягкость, они также могут создавать силы, достаточные для раздавливания предметов и других организмов, при этом будучи достаточно ловкими, чтобы открутить верхнюю часть банки (BBC, 2003). Такие замечательные деформации тела становятся возможными не только благодаря мягким мышечным тканям, но также благодаря использованию гидравлических и гидростатических принципов, которые позволяют контролируемое изменение жесткости (Kier and Smith, 1985).

Теперь у нас есть множество примеров того, что можно сделать с мягкими материалами, и мы хотим использовать эти возможности в наших роботах. Давайте теперь посмотрим на некоторые технологии, которые могут предоставить эту возможность. Современные мягкие робототехнические технологии можно разделить на три группы: 1) гидравлические и пневматические мягкие системы; 2) интеллектуальный актуатор и сенсорные материалы; и 3) материалы, изменяющие жесткость. В последние годы мягкая робототехника вышла на первый план благодаря возрождению систем гидравлического привода в сочетании с более глубоким пониманием и моделированием эластомерных материалов.Несмотря на то, что была проделана большая работа по совершенствованию пневматических приводов с резиновой оплеткой (Meller et al., 2014), этот подход на основе дискретных компонентов ограничивает диапазон его применения.

Более эффективный подход показан в классе пневмоприводов роботов (Илиевски и др., 2011) и их эволюции в носимые мягкие устройства (Полигеринос и др., 2015) и роботов (Толли и др., 2014). Пнеунеты представляют собой монолитные многокамерные пневматические конструкции из силиконовых и полиуретановых эластомеров.К сожалению, гидравлические и пневматические системы сильно ограничены из-за необходимости использования внешних насосов, резервуаров для воздуха / жидкости и клапанов. Это значительно увеличивает объем и вес робота и снижает его мягкость. Намного лучший подход — работать с системами, которые не полагаются на такие громоздкие вспомогательные средства. Приводы и датчики из интеллектуальных материалов могут обеспечить это, заменив давление жидкости электрическими, тепловыми или фотонными эффектами. Например, электроактивные полимеры (EAP) превращают электрическую энергию в механическую деформацию.На рисунках 2 и 3 показаны две распространенные формы EAP: исполнительный механизм из диэлектрического эластомера (DEA) (Pelrine et al., 2000) и ионно-полимерный исполнительный механизм (IPA) (Shahinpoor and Kim, 2001). DEA состоит из центрального эластомерного слоя с высокой диэлектрической проницаемостью, который зажат между двумя податливыми электродными слоями. Когда к композитной структуре прикладывается большое электрическое поле (порядка МВ / м), противоположные заряды собираются на двух электродах, и они притягиваются кулоновскими силами, обозначенными σ на рисунке 2. Они вызывают напряжения Максвелла в эластомере, заставляя его сжиматься между электродами и расширяться в плоскости, обозначенной ε на рис. 2. Поскольку кулоновские силы обратно пропорциональны разделению зарядов, электроды расширяются при срабатывании, что приводит к большему заряду. собирая площадь, индуцированное напряжение в исполнительном механизме DEA пропорционально квадрату электрического поля. Это побуждает нас делать слой эластомера как можно тоньше. К сожалению, более тонкий слой эластомера означает, что нам нужно больше слоев для создания нашего робота, что, как следствие, увеличивает вероятность производственного брака или электрического сбоя.Поскольку DEA имеют плотность мощности, близкую к биологическим мышцам (Pelrine et al., 2000), они являются хорошими кандидатами для разработки в носимых вспомогательных устройствах и искусственных организмах.

представляют собой интеллектуальные материалы, которые работают по другому электромеханическому принципу, как показано на рисунке 3. IPA изготовлен из центрального слоя ионного проводника, снова зажатого двумя проводящими электродами, но в отличие от DEA. электрическое поле намного ниже (кВ / м), поэтому электроды должны быть более проводящими.При приложении электрического поля свободные ионы внутри ионного проводника движутся к электродам, где они собираются. Высокая концентрация ионов на электродах заставляет их расширяться, поскольку одноименные заряды отталкиваются из-за локальных кулоновских сил. Если катионы (+) и ионы (-) существенно различаются по размеру и заряду, то расширение двух электродов будет несоответствующим, и IPA будет изгибаться. Преимущество IPA в том, что он работает при гораздо более низких напряжениях, чем DEA, но может генерировать только меньшие силы.Более поздним дополнением к портфелю интеллектуальных материалов является спиральный нейлоновый привод (Haines et al., 2014). Это термопривод, изготовленный из одиночной нейлоновой нити, скрученной с вставкой и пряжкой. При нагревании эта конструкция сжимается. Хотя привод с нейлоновой катушкой потенциально может обеспечить недорогую и надежную мягкую робототехнику, он проклят своим тепловым циклом. Как и все другие термоприводы, в том числе сплавы с памятью формы, относительно просто нагреть структуру (и тем самым вызвать сокращение мышечной нити), но гораздо сложнее обратить это вспять и охладить устройство.В результате скорость цикла нейлоновых (и SMA) приводов меньше 10 Гц. Напротив, DEA и IPA были продемонстрированы на частоте 100 Гц, а DEA было показано, что даже работает как громкоговоритель (Keplinger et al., 2013).

Последняя возможность, необходимая для реализации тела мягких роботизированных организмов, — это изменение жесткости. Хотя это может быть достигнуто за счет активации мышц, как у осьминога, существует ряд мягких роботизированных технологий, которые могут обеспечить модуляцию жесткости независимо от приведения в действие.К ним относятся полимеры с памятью формы (SMP) и гранулированное заедание. SMP — это полимеры, которые претерпевают контролируемый и обратимый фазовый переход из жесткого стекловидного состояния в мягкую резиновую форму (Lendlein et al. , 2002). Чаще всего они стимулируются теплом, но некоторые SMP переходят между фазами при фотонной или электрической стимуляции. Замечательным свойством SMP является их способность «запоминать» запрограммированное состояние. Таким образом, робот SMP может переходить от мягкого к жесткому, а когда операция завершена, он может автоматически вернуться к своей предварительно запрограммированной форме.Одна интересная возможность SMP — объединить их с исполнительными механизмами, которые сами стимулируются одним и тем же источником энергии. Например, термически управляемый полимер с памятью формы может быть объединен с термическим SMP, чтобы получить сложную структуру, которая включает в себя срабатывание, изменение жесткости и память в одном блоке, управляемом исключительно теплом (Rossiter et al., 2014). Гранулярное заклинивание, в отличие от смены фазы SMP, является более механическим механизмом (Amend et al., 2012). Податливая камера заполнена гранулированными материалами, и жесткость камеры можно регулировать путем нагнетания жидкости, такой как воздух, в нее и из нее. Когда воздух откачивается из камеры, атмосферное давление из-за внутрикамерного вакуума заставляет гранулы сжиматься и становиться твердыми. Таким образом может быть создана бинарная структура с изменяющейся жесткостью мягкая-жесткая. Такая композитная конструкция очень подходит для носимых вспомогательных устройств и исследовательских роботов.

Роботы, которых вы не ожидаете

Коснувшись выше технологий, которые дадут нам новое поколение робототехники, давайте теперь рассмотрим, как эти роботы могут появиться в нашей жизни и как мы будем взаимодействовать и жить с ними.

Смарт-скины

Податливость мягкой робототехники делает их идеально подходящими для прямого взаимодействия с биологической тканью. Мягкое-мягкое взаимодействие мягкого робота и человека по своей сути намного безопаснее, чем жесткое-мягкое взаимодействие, навязанное обычными жесткими роботами. Было проделано много работы над интеллектуальными материалами для прямого контакта кожи с кожей и для интеграции в кожу человека, включая электрические соединения и электронные компоненты (Kim et al. , 2011). Функциональная мягкая вторая кожа робота может предложить много преимуществ по сравнению с обычной одеждой.Например, он может имитировать способность головоногих моллюсков изменять цвет (Morin et al., 2012) или может перемещать жидкости, как костистые рыбы (Rossiter et al., 2012), и тем самым регулировать температуру. Естественным продолжением такой кожи являются умные повязки, способствующие заживлению и уменьшающие распространение бактерий, устойчивых к микробам, за счет уменьшения потребности в антибиотиках. Конечно, кожа может заменить одежду, но мы далеки от общественного признания второй кожи как замены обычной одежды.Если, с другой стороны, мы будем использовать волокнистые технологии мягкого срабатывания, такие как нейлоновый привод и композиты сплав-полимер с памятью формы (Rossiter et al., 2014), мы сможем вплетать искусственные мышцы в ткань. Это дает возможность носить активную и реактивную одежду. Такая интеллектуальная одежда также предлагает уникальные новые возможности: поскольку интеллектуальный материал находится в прямом контакте с кожей и обладает способностью срабатывания, он может напрямую механически стимулировать кожу. Таким образом, мы можем интегрировать тактильную коммуникацию в одежду.Тактильный канал связи в значительной степени оставлен позади других органов чувств. Возьмем, к примеру, современный смартфон; он имеет широкую полосу пропускания как для визуального, так и для слухового вывода, но практически не имеет возможности стимулировать прикосновение. С помощью одежды с сенсорным экраном мы можем создавать естественные «аффективные» ощущения прикосновения, что дает нам потенциально революционный новый канал связи. Вместо грубого вибрирующего двигателя (который используется в мобильных телефонах) мы можем гладить, щекотать или иным образом вызывать приятные тактильные ощущения (Knoop and Rossiter, 2015).

Вспомогательные устройства

Если умная одежда, представленная выше, способна генерировать большие силы, ее можно использовать не только для общения, но и для физической поддержки. Для слабых, инвалидов или пожилых людей будущее решение будет заключаться в усиленной одежде, которая восстановит подвижность. Восстановление мобильности может иметь большое влияние на качество жизни владельца и может даже позволить ему вернуться к продуктивной жизни, тем самым помогая экономике в целом. Проблема с таким предложением заключается в плотности мощности технологий срабатывания вспомогательного устройства.Если владелец слаб, например, из-за потери мышечной массы, ему потребуется значительная дополнительная сила, но вес этой дополнительной силы может быть непомерно дорогим. Поэтому вспомогательное устройство должно быть как можно более легким и удобным, а плотность мощности срабатывания должна быть значительно выше, чем у биологических мышц. В настоящее время это выходит за рамки современного уровня техники. В конечном итоге носимые вспомогательные устройства сделают обычные вспомогательные устройства ненужными. Зачем использовать инвалидное кресло, если вы снова можете ходить, надев мягкие роботизированные силовые штаны?

Медицинское оборудование

Мы можем расширить биоинтеграцию на примере носимых устройств, описанных выше, в тело. Поскольку мягкая робототехника настолько подходит для взаимодействия с биологической тканью, естественно думать об устройстве, которое можно имплантировать в тело и которое может физически взаимодействовать с внутренними структурами. Затем мы можем создать имплантируемые медицинские устройства, которые могут восстановить функциональность больных и поврежденных органов и структур. Возьмем, к примеру, рак мягких тканей, который может поражать органы, от кишечника и простаты до гортани и трахеи. При этих заболеваниях типичное лечение включает хирургическое удаление рака и лечение возникшего в результате состояния.Пациенту с раком гортани может быть сделана ларингэктомия, после чего он не сможет говорить и должен перенести постоянную трахеостомию. Разработав и имплантировав мягкий роботизированный замещающий орган, мы можем восстановить функциональные возможности и дать пациенту возможность снова говорить, глотать, кашлять и наслаждаться жизнью. Такая биоинтегрирующая мягкая робототехника находится в стадии разработки и, как ожидается, появится в клинике в течение следующих десяти-пятнадцати лет.

Биоразлагаемые и экологические роботы

Естественно распространить понятие биоинтеграции с домашней (ориентированной на человека) среды на естественную.В настоящее время роботам, работающим в естественной среде, мешают лежащие в их основе технологии. Поскольку роботы сделаны из жестких, сложных и экологически вредных материалов, за ними необходимо постоянно следить. Когда они достигают конца своей продуктивной жизни, их необходимо восстановить и безопасно утилизировать. Если, с другой стороны, мы сможем сделать роботов полностью экологически безопасными, мы сможем меньше заботиться об их восстановлении после сбоя. Теперь это возможно благодаря развитию биоразлагаемой мягкой робототехники (Rossiter et al., 2016). Используя интеллектуальные материалы, которые не только безопасны для окружающей среды в эксплуатации, но и безопасно превращаются в ничто в окружающей среде, мы можем создавать роботов, которые живут, умирают и разлагаются без ущерба для окружающей среды. Это меняет способ развертывания роботов в среде: вместо того, чтобы отслеживать и отзывать небольшое количество роботов, наносящих ущерб окружающей среде, мы можем развернуть тысячи и даже миллионы роботов, будучи уверенными в том, что они будут безопасно деградировать в окружающей среде, не вызывая никаких проблем. повреждать.Естественное продолжение биоразлагаемого робота — съедобный. В этом случае съедобного робота можно съесть; он будет выполнять работу в теле; а затем будет поглощен телом. Это обеспечивает новый метод контролируемой и удобной доставки лечебных и медикаментов в организм.

Интеллектуальные мягкие роботы

Все мягкие приводы, описанные выше, работают как преобразователи. То есть они превращают одну форму энергии в другую. Этот эффект трансдукции часто можно обратить.Например, исполнительные механизмы из диэлектрических эластомеров могут быть преобразованы в генераторы диэлектрических эластомеров (Jin et al., 2011). В таком генераторе мягкая эластомерная мембрана механически деформируется, что приводит к выработке электрического выходного сигнала. Теперь мы можем совместить этот эффект генератора с описанной выше носимой робототехникой. Носимое устройство исполнительный механизм-генератор может, например, обеспечивать дополнительную мощность при ходьбе в гору, и как только пользователь достиг вершины холма, оно может генерировать энергию от движения тела, когда пользователь неторопливо спускается с холма. Этот вид мягкого роботизированного «регенеративного торможения» — лишь один из примеров возможностей двунаправленного преобразования энергии в мягкой робототехнике. В таких материалах у нас есть два компонента вычислений: ввод и вывод. Объединив эти возможности со свойствами реагирования на деформацию, присущими материалам, мы можем реализовать роботов, которые могут выполнять вычисления с помощью своего тела. Это мощная новая парадигма, часто описываемая в более общей форме как воплощенный интеллект или морфологические вычисления (Pfeifer and Gómez, 2009).С помощью морфологических вычислений мы можем передать низкоуровневое управление телу мягкого робота. Следовательно, нужен ли нам мозг в нашем мягком роботизированном организме? Во многих простых мягких роботах мозг может быть избыточным, а все эффективные вычисления выполняются самим телом. Это еще больше упрощает мягкого робота и снова увеличивает его повсеместное распространение.

Выводы

В этой статье мы коснулись лишь поверхности того, что такое робот, как его можно рассматривать как мягкий роботизированный организм и как интеллектуальные материалы помогут реализовать и революционизировать робототехнику будущего. Воздействие на людей обсуждалось, но об истинных масштабах этого воздействия мы можем только догадываться. Точно так же, как влияние Интернета и Всемирной паутины было невозможно предсказать, мы не можем представить, куда нас заведет робототехника будущего. Иммерсивная виртуальная реальность? Безусловно. Замена кузова? Скорее всего. Полное нарушение жизни и общества? Вполне возможно! Идя по пути революции робототехники, мы будем оглядываться на это десятилетие как на то, когда робототехника действительно взлетела и заложила основы для нашего будущего мира.

— Альбрехт Т., Бюрер К., Фенле М., Майер К., Платцек Д. и Реске Дж. 1997. «Первое наблюдение ферромагнетизма и ферромагнитных доменов в жидком металле». Прикладная физика A: Материаловедение и обработка 65 (2): 215.

— Аменд, Дж. Р., Браун, Э., Роденберг, Н., Йегер, Х. М., и Липсон, Х. 2012. «Универсальный захват с положительным давлением, основанный на заедании сыпучего материала». Протоколы IEEE по робототехнике 28 (2): 341–350.

— Бар-Коэн, Ю. (ред.).2004. Электроактивные полимерные (EAP) исполнительные механизмы как искусственные мышцы — реальность, потенциал и проблемы. Беллингем, Вашингтон: SPIE press (2-е издание).

— BBC News. 2003. «Разум осьминога: открытие банки». http://news.bbc.co.uk/1/hi/world/europe/2796607.stm. 2003-02-25. Проверено 10 октября 2016.

— Цао В., Кадни Х. Х. и Васер Р. 1999. «Умные материалы и конструкции». PNAS 96 (15): 8330–8331.

— Кюри, Дж., Кюри, П. 1881. «Сокращения и расширения производят параллельные напряжения в полупроводниковых кристаллах на наклонных поверхностях» [Сокращения и расширения, вызываемые напряжениями в полуэдрических кристаллах с наклонными гранями].Comptes rendus (на французском языке) 93: 1137–1140.

— Haines, C. S., et al. 2014. «Искусственные мышцы из лески и швейных ниток». Наука 343 (6173): 868–872.

— Илиевски Ф., Маццео А. Д., Шеперд Р. Ф., Чен X. и Уайтсайдс Г. М. 2011. «Мягкая робототехника для химиков». Angewandte Chemie 123: 1930–1935.

— Джахроми, С. С., Этвуд, Х. Л., 1969. «Структурные особенности мышечных волокон в ноге таракана». Журнал физиологии насекомых 15 (12): 2255–2258.

— Джин, С., Кох, А., Кеплингер, К., Ли, Т., Бауэр, С., и Суо, З. 2011 «Генераторы из диэлектрического эластомера: сколько энергии можно преобразовать?» Транзакции IEEE / ASME по мехатронике 16 (1).

— Keplinger, C., et al. 2013. «Эластичные прозрачные ионные проводники». Наука 341 (6149): 984–987.

— Кир, В. М., и Смит, К. К. 1985. «Языки, щупальца и туловища: биомеханика движения в мышечно-гидростатах». Зоологический журнал Линнеевского общества 83: 307–324.

— Ким, Д.H., et al. 2011. «Эпидермальная электроника». Наука 333 (6044): 838–843.

— Кнуп Э., Росситер Дж. 2015. «Тиклер: совместимый носимый тактильный дисплей для поглаживания и щекотки». Proc. CHI 2015, 33-я ежегодная конференция ACM по человеческому фактору в вычислительных системах: 1133–1138.

— Лендлейн, А., Кельч, С. (2002). «Полимеры с памятью формы». Энгью. Chem. Int. Эд. 41: 2034–2057.

— Мазер, Дж. А. 2006. «Развитие поведения: взгляд на головоногих моллюсков». Международный журнал сравнительной психологии 19 (1).

— Меллер М. А., Брайант М. и Гарсия Э. 2014. «Пересмотр мышцы Мак-Киббена: энергия, рабочая жидкость и материал мочевого пузыря». Журнал интеллектуальных материальных систем и структур 25: 2276–2293.

— Морин, С. А., Шеперд, Р. Ф., Квок, С. В., Стокс, А. А., Немироски, А., и Уайтсайдс, Г. М. 2012. «Камуфляж и дисплей для мягких машин». Наука 337 (6096): 828–832.

— Пелрин Р., Корнблух Р., Пей К. и Джозеф Дж. 2000. «Высокоскоростные эластомеры с электрическим приводом и деформацией более 100%.”Science 287 (5454): 836–839.

— Пфейфер, Р., Гомес, Г. 2009. «Морфологические вычисления — соединение мозга, тела и окружающей среды». Создание интеллекта, подобного мозгу, конспект лекций по информатике 5436: 66–83.

— Полигеринос П., Ван З., Галлоуэй К. К., Вуд Р. Дж. И Уолш К. Дж. 2015. «Мягкая роботизированная перчатка для комбинированной помощи и реабилитации в домашних условиях». Робототехника и автономные системы 73: 135–143.

— Росситер Дж., Уинфилд Дж. И Иеропулос И.2016. «Сегодня здесь, завтра уже нет: биоразлагаемые мягкие роботы». В электроактивных полимерных приводах и устройствах (EAPAD). Беллингхэм, Вашингтон: SPIE.

— Росситер Дж., Яп Б. и Конн А. 2012. «Биомиметические хроматофоры для маскировки и мягких активных поверхностей». Биоинспирация и биомиметика 7 (3).

— Росситер, Дж. М., Такашима, К., и Мукаи, Т. 2014. «Температурный отклик новых гибридов полимеров с памятью формы с памятью формы». Труды SPIE: Поведение и механика многофункциональных материалов и композитов.Беллингем, Вашингтон: SPIE,

— Schokraie, E., et al. 2012. «Сравнительный протеомный анализ Milnesium tardigradum в раннем эмбриональном состоянии по сравнению с взрослыми особями в активном и ангидробиотическом состоянии». PLOS ONE 7 (9).

— Сендер Р., Фукс С. и Майло Р. 2016. «Пересмотренные оценки количества человеческих и бактериальных клеток в организме». ПЛоС Биол 14 (8).

— Шахинпур М. и Ким К. Дж. 2001. «Ионные полимерно-металлические композиты: I. Основы». Умные материалы и конструкции 10 (4).

— Толли М. Т., Шеперд Р. Ф., Мосадег Б., Галлоуэй К. К., Венер М., Карпельсон М., Вуд Р. Дж. И Уайтсайдс Г. М. 2014. «Устойчивый, непривязанный мягкий робот». Мягкая робототехника 1 (3): 213–223.

— Уинслоу, В. М. 1949. «Индуцированное расслоение суспензий». J. Appl. Phys. 20 (12): 1137–1140.

— Ву С. и Уэйман К. 1987. «Мартенситные превращения и эффект памяти формы в сплавах Ti50Ni10Au40 и Ti50Au50». Металлография 20 (3): 359.

Что можно сделать из материалов, которые можно найти в доме?

Сегодня мы исследуем вторичную переработку и то, как мы можем превратить повседневные материалы в нечто великолепное.Мы будем собирать материалы со всего дома, такие как вторсырье и канцелярские товары, чтобы построить робота.

Роботы — это машины, которые могут выполнять задачу автоматически, независимо от того, управляются ли они с помощью пульта дистанционного управления или с помощью встроенного кода в устройстве робота. Хотя мы, возможно, не сможем построить полностью функционального автоматизированного робота дома, мы можем манипулировать повседневными материалами, чтобы создавать шарнирные движения, которые оживляют нашего робота.

Апсайклинг — это форма вторичной переработки, при которой мы находим способ перепрофилирования материалов, которые обычно направляются прямо на свалку или на завод по переработке для разложения и переработки в новые материалы.Однако переработка по-прежнему требует большого количества ресурсов для сбора вторсырья в разных местах, доставки их на завод для сортировки, отправки на другие заводы для разложения и т. Д. Находя новые способы использования старых материалов, мы можем уменьшить количество мусора на свалках и сократить углеродный след.

Время разработки для этого проекта займет около 5-10 минут, а время сборки может занять 30 минут и более. Этот проект подходит для всех возрастов.

Хотя это список материалов мы использовали для нашего бота , ваши материалы могут варьироваться от чего угодно! Воображение и дизайнерское мышление являются ключом к тому, чтобы ваш робот работал из имеющихся у вас материалов .

• Картонная коробка
• Кусочки картона
• Картонные тубы
• Кнопки (также можно использовать латунные застежки или скрепки)
• Пластиковые листы (например, разрезанный пластиковый контейнер для выпечки)
• Лента или пистолет для горячего клея и клеевые стержни
• Очистители труб
• Ножницы
• Шпажка (подойдет деревянный дюбель или соломка)
• Дырокол (полезен, но ножницы могут сделать работу, если вы будете осторожны)

Этот проект во многом основан на вашем творчестве — если вы этого не хотите, никакие два робота не будут выглядеть одинаково.

Сначала соберите все свои материалы. Собери как можно больше вещей! Проверьте мусорное ведро и попросите у родителей случайные предметы, которые они могут использовать, и все, что вы можете найти. Чем больше у вас будет разных материалов, тем больше способов вы сможете представить и спланировать создание своего робота.

Пришло время представить, спланировать и спроектировать! Какие материалы лучше всего подходят для того, что вы хотите построить? Подумайте, что вы хотите, чтобы ваш робот мог делать, и как вы можете этого добиться.Например, мы хотели, чтобы голова и руки нашего робота двигались, поэтому мы подумали, как добавить детали, которые можно поворачивать или выдвигать. Нарисуйте свой план на чистом листе бумаги, в блокноте или в приложении для 3D-рисования.

Затем начните создавать своего робота. Поскольку все наши роботы могут в конечном итоге выглядеть по-разному, вот несколько советов, с которых вы можете начать:

• Если у вас уже есть коробка такого размера, то тело или торс робота — хорошее место для начала. Если нет, отрежьте и соберите коробку до нужного размера.Все это можно скрепить вместе скотчем или горячим клеем. Фактически, большинство вещей, которые вам нужны для этого проекта, можно просто склеить или склеить.

• Использование дюбелей или карандашей может быть отличным способом заставить вещи поворачиваться или двигаться. Например, мы хотели, чтобы голова нашего робота двигалась из стороны в сторону, поэтому мы взяли вертел и протолкнули его через край картона — см. Рисунок ниже. Затем я подумал о том, как голова будет выступать из верхней части тела робота, и вырезал отверстия по бокам, где шампур мог выходить и иметь свободное движение, а также широкую прорезь, вырезанную сверху, которая была шире головы, так что у него могло быть место, чтобы двигаться из стороны в сторону.

• Вот способ поворачивать и выдвигать рычаги:

• Возьмите четыре трубки от туалетной бумаги и отрежьте две по вертикали, затем склейте их, чтобы они были тоньше и могли поместиться внутри ваших других трубок, не вызывая трения вдоль стены

• Затем с двумя другими трубками отрежьте стороны примерно на дюйм от дна. Это будет паз для устройства направляющих, поэтому он должен быть достаточно толстым, чтобы в него поместилась шпажка (или соломка, палочка для мороженого).

• Затем постройте систему направляющих.В две более тонкие трубки мы вставим шпажку (или соломинку, палочку для мороженого) примерно на полдюйма от вершины.
  

• Теперь возьмите каждую из своих тонких трубок и поместите их концом направляющей вперед в трубки с прорезями в них, затем аккуратно заклейте концевое отверстие, не склеивая трубки вместе. Идея в том, что камера будет скользить по рельсу, не проваливаясь. Это может занять некоторое время методом проб и ошибок.

• Не забудьте украсить! Весь этот процесс позволяет вам задействовать свое творческое мышление в процессе создания своего робота.Помните, что создание чего-либо с нуля — это итеративный процесс, а это означает, что вам может потребоваться несколько раз переосмыслить и переработать вещи, прежде чем они будут завершены, и это нормально. Постарайтесь не расстраиваться. Чем больше мы пытаемся, тем больше узнаем и тем больше веселья у нас будет!

Для учащихся младшего возраста сконцентрируйтесь на создании крутого робота, даже если у него нет движущихся частей. Призовите маленьких детей включить хотя бы одну подвижную часть, например, руку или голову.Было бы весело даже крутить пуговицы по бокам или на груди!

Для старших учеников: попробуйте найти старые игрушки или компьютеры и откройте их (под присмотром взрослых и с соответствующими инструментами), чтобы найти что-нибудь, что могло бы либо придать вашему роботу классный вид, либо, если эта часть работает, светящийся светодиод или моторизованный компонент вашего робота. Светодиод обозначает светоизлучающий диод, и у них есть анодный (+) и катодный (-) выводы, которые должны быть подключены к источнику питания, чтобы загореться, обычно около 2-3 вольт, поэтому батарейка-таблетка подойдет. У двигателей постоянного тока есть вращающийся конец оси, поэтому все, что прикреплено к этому концу, будет вращаться при подключении к источнику питания. Эта страница проекта с инструкциями немного касается безопасности в разборке игрушек и общих советов.

Наконец, вот несколько техник построения из картона, которые могут вам пригодиться:

© Exploratorium, www.exploratorium.edu

(PDF) Проект разработки роботов с использованием экологически чистых интеллектуальных материалов

Стр. 9 из 9

Itoh et al.Robomech J (2016) 3:21

расписание. Благодаря сотрудничеству проект «Разработка роботов —

с экологически безопасным интеллектуальным материалом —

риала» достиг своих целей. Кроме того, для каждой подтемы

мы достигли прогресса в робототехнике, разработке новых материалов, механической вибрации и шуме. В машиностроении эти области

требуют дальнейшего сотрудничества, и это будет рассмотрено

в будущей работе.

Роботизированные технологии и сотрудничество между

исследовательскими областями — первые тенденции. Тем не менее, у нас

определили понятия «дружественный к человеку», «экологичный»,

и «умный». Кроме того, было проведено совместное исследование

, основанное на разработке важной роботизированной технологии,

для продвижения результатов проекта в Японии и во всем мире.

 этот вид работы важен для университетов, и в будущем

мы хотели бы сообщать результаты наших совместных исследований

постоянно.

Вклад авторов

TY возглавил и руководил исследованием, предложил концепцию, разработал эксперименты

и представил предложение на этическую экспертизу. YI был суб-руководителем

и руководил разработкой и управлением выставкой, составил рукопись

и проанализировал экспериментальные данные методом частотно-временного анализа

. Компания HL спроектировала и разработала механизм пассивного подавления силы столкновения

для робота-манипулятора. KT разработала высокопрочные натуральные материалы

для использования и поддержки в робототехнике. Все авторы прочитали и

одобрили окончательную рукопись.

Сведения об авторе

1 Отдел механических и материальных технологий, Канагава Промышленный

Технологический центр, 705‑1 Шимо-Имаидзуми, Эбина, Канагава 243‑0435,

Япония. 2 Исследовательский институт инженерии, Университет Канагавы, 3‑27‑1

Роккакубаши, Канагава ‑ ку, Йокогама 221‑8686, Япония.3 Кафедра

машиностроения, Университет Канагавы, 3‑27‑1 Роккакубаши,

Канагава ‑ ку, Йокогама 221‑8686, Япония.

Информация об авторах

Я получил степень бакалавра технических наук, магистра технических наук. и д-р Eng. в машиностроении из

Университета Кейо, Япония, в 1991, 1993 и 1996 годах соответственно. С 1996

по 2007 год он был исследователем в Центре промышленных технологий Канагавы

(Канагавский научно-исследовательский институт промышленных технологий до 2005 года), Япония. С

с 2007 по 2011 год он был административным сотрудником в правительстве префектуры Канагава

. С 2011 года он работал исследователем в Технологическом центре Канагава Industrial

, Япония. Он также был по совместительству лектором в Йокогамском национальном университете

с 2011 года и приглашенным профессором в университете Канагавы

с 2012 года. Его исследовательские интересы — электромагнетизм и динамика, а также нелинейная вибрация

в механике. Он является членом Японского общества инженеров-механиков

.

TY получил B. Eng. в машиностроении из Токийского института технологии

, Япония, в 1992 году, а затем его M. Eng. в 1994 г. и д-р техн. в 1997 г. —

машиностроение из Токийского университета, Япония. С 1998 по 2000 год он

был лектором в университете Канагава, Япония, доцентом с 2000

по 2010 год, и он был профессором с 2010 года. Он основал свою компанию

Sentan Inc., Япония, в 2007 г. и занимает пост президента компании.Его исследования

интересуются механической вибрацией и шумом от всех видов источников, включая музыкальные инструменты и человеческое тело. Он является членом Японского общества инженеров-механиков

, Общества инженеров автомобильной промышленности Японии

, Японского акустического общества, Института инженеров по контролю шума

в Японии, Японского общества гидросистем, и Японское общество инженеров-строителей

, и он является директором Института шума и вибрации

Технологии для следующего поколения.

HL получил B. Eng. степень инженера-электрика ‑

в Университете Хонгик, Корея, а затем степень M. Eng. и к.т.н. Степени

, факультет машиностроения Университета Васэда, Япония.

С 2000 по 2005 год он был доцентом кафедры системного проектирования

Технологического института Канагавы. В апреле 2005 года,

, он поступил на кафедру машиностроения в город Канагава-

, где в настоящее время является профессором. С 2000 года он также работал в Институте робототехники гуманоидов

Университета Васэда, где в настоящее время является приглашенным профессором

. Он является автором или соавтором более 200 статей в

международных журналах и трудах конференций. Его исследовательские интересы

включают гуманоидных роботов, системы ходьбы, мехатронику, системы биоза человек-робот sym‑

, распознавание изображений, контроль безопасности человека и контроль на основе эмоций

. Он является помощником редактора Международного журнала Humanoid

Robotics и старшим членом IEEE.

К.Т. получил степени бакалавра технических наук, магистра технических наук и доктора технических наук. в машиностроении

из Университета Дошиша, Япония, в 1989, 1991 и 1994 годах соответственно. С

с 1994 по 1997 год он был научным сотрудником в Dainippon Ink and Chemicals, Inc., Япония.

С 1997 по 1999 год он был лектором Университета Канагава, Япония, и был

доцентом с 1999 по 2008 год, а также профессором с 2008 года.

Он является членом Японского общества инженеров-механиков , Общество

материаловедения, Япония, и Японское общество композитных материалов.

Выражение признательности

Эта работа была поддержана «грантами для совместных исследований» в академических кругах —

Департамент связи промышленности и правительства Университета Канагавы.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

Получено: 28 июня 2016 г. Принято: 1 сентября 2016 г.

Список литературы

1. Организация по развитию новой энергетики и промышленных технологий (2013)

Проект практического применения сервисных роботов.http://www.nedo.go.jp/

content / 100388880.pdf

2. Организация по развитию новой энергетики и промышленных технологий (2014)

Белая книга по роботизации промышленности, бизнеса и нашей жизни. http: //

www.nedo.go.jp/content/100563893.pdf. По состоянию на 1 сентября 2016 г.

3. Шимамото К., Масута Х., Лим Х. (2012) Разработка манипулятора с механизмом подавления силы столкновения

. 9-я международная конференция

по повсеместным роботам и окружающему интеллекту, стр. 389–394

4.Такемура К., Миямото С., Катоги Х (2013) Влияние обработки поверхности на свойство ползучести

армированного джутовым волокном зеленого композита при температуре окружающей среды

. Key Eng Mater 525–526: 53–56

5. Акадзава Т., Отаке Н., Кудо К. (2001) Влияние вторичной переработки на производительность воздушно-ячеистых амортизирующих материалов. J Packag Sci Technol Jpn

10 (6): 289–295

6. Ито Й, Ямагучи Н., Ямадзаки Т. (2013) Анализ вибрации на основе времени —

частотный анализ с цифровым фильтром.J Syst Des Dyn 7‑4: 441–455

7. Ито Й, Ямадзаки Т., Лим Х., Такемура К. (2015) Проект разработки роботов

с использованием экологически чистых интеллектуальных материалов. Материалы конференции по робототехнике

и мехатронике 2015 г.