בהתקדמות גדולה ברובוטיקה, תוכננו בהצלחה לראשונה רובוט עם שרירים דמויי אדם 'רכים'. רובוטים רכים כאלה יכולים להיות ברכה לתכנון רובוטים ידידותיים לבני אדם בעתיד.
רובוטים הם מכונות ניתנות לתכנות המשמשות באופן שגרתי ביישומים תעשייתיים, למשל כחלק מאוטומציה, במיוחד בייצור מכיוון שהם נועדו להיות טובים במשימות שחוזרות על עצמן הדורשות הרבה כוח וכוח. רובוטים אינטראקציה עם העולם הפיזי באמצעות חיישנים ומפעילים בהם והם ניתנים לתכנות מחדש מה שהופך אותם לשימושיים וגמישים יותר ממכונות שגרתיות בעלות פונקציה אחת. ברור מהאופן שבו הרובוטים האלה מתוכננים לעשות את העבודה שהתנועות שלהם נוקשות במיוחד, לפעמים קופצניות, דמויות מכונה והן כבדות, מרשימות ואינן שימושיות כאשר משימה מסוימת דורשת כמויות משתנות של כוח בזמן שונה נקודות. רובוטים גם לפעמים מסוכנים ועשויים להזדקק למארזים מאובטחים מכיוון שהם אינם רגישים לסביבתם. תחום הרובוטיקה בוחן מגוון דיסציפלינות לתכנון, בנייה, תכנות ושימוש יעיל במכונות רובוטיות בתחומים שונים של תעשייה וטכנולוגיה רפואית עם דרישות שונות.
במחקרי תאומים שנערכו לאחרונה בראשותו של כריסטוף קפלינגר, חוקרים התאימו לרובוטים מחלקה חדשה של שרירים הדומים מאוד לשרירים האנושיים שלנו והם מחזיקים ומקרינים כוח ורגישות בדיוק כמונו. הרעיון המרכזי הוא לספק יותר "טִבעִי” תנועות למכונה כלומר רובוטים. 99.9 אחוז מכל הרובוטים כיום הם מכונות קשיחות העשויות מפלדה או מתכת, בעוד שגוף ביולוגי הוא רך אך בעל יכולות מדהימות. רובוטים אלו עם שרירים 'רכים' או 'אמיתיים יותר' יכולים להיות מתוכננים בצורה מתאימה לביצוע משימות שגרתיות ועדינות (ששרירים אנושיים מבצעים על בסיס יומי), למשל רק להרים פרי רך או להניח ביצה בתוך סל. בהשוואה לרובוטים מסורתיים, רובוטים מצוידים ב'שרירים מלאכותייםיהיו כמו גרסאות 'רכות' יותר של עצמם ובטוחות יותר, ואז ניתן יהיה להתאים אותן לביצוע כמעט כל משימה בקרבת אנשים, מה שמציע מספר יישומים אפשריים הקשורים לחיי אדם וסביבם. רובוטים רכים יכולים להיקרא רובוטים 'שיתופיים', מכיוון שהם יעוצבו באופן ייחודי לבצע משימה מסוימת באופן דומה מאוד לבני אדם.
חוקרים ניסו ליצור רובוטים שרירים רכים. רובוט כזה ידרוש רך שריר טכנולוגיה להתחזות לשרירים האנושיים ושתי טכנולוגיות כאלה נוסו על ידי חוקרים - מפעילים פנאומטיים ומפעילי אלסטומר דיאלקטרי. ה'מפעיל' מוגדר כמכשיר הממשי שמניע את הרובוט, או שהרובוט מראה תנועה מסוימת. במפעילים פנאומטיים, כיס רך נשאב עם גזים או נוזלים כדי ליצור תנועה מסוימת. זהו עיצוב פשוט אך עדיין חזק למרות שהמשאבות אינן מעשיות ויש להן מאגרים מגושמים. הטכנולוגיה השנייה - מפעילי אלסטומר דיאלקטריים משתמשים בקונספט של החלת שדה חשמלי על פני פלסטיק גמיש מבודד כדי לעוות אותו ובכך ליצור תנועה. שתי הטכנולוגיות הללו בפני עצמן עדיין לא הצליחו מכיוון שכאשר בריח חשמל עובר דרך הפלסטיק, המכשירים הללו נכשלים כישלון חרוץ ולכן אינם עמידים בפני נזקים מכניים.
יותר "בן אנוש כמו רובוטים עם שרירים דומים
במחקרי התאומים שדווחו ב מדע1 ו מדעים רובוטיקה2, חוקרים לקחו את ההיבטים החיוביים של שתי טכנולוגיות השרירים הרכים הזמינות ויצרו מפעיל פשוט דמוי שריר רך המשתמש בחשמל כדי לשנות את תנועת הנוזלים בתוך שקיות קטנות. שקיות פולימר גמישות אלו מכילות נוזל מבודד, למשל שמן רגיל (שמן צמחי או שמן קנולה) מהסופרמרקט, או ניתן להשתמש בכל נוזל דומה. ברגע שהופעל מתח בין אלקטרודות ההידרוג'ל שהונחו בין שני הצדדים של השקית, הדפנות נמשכו זו לזו, מתרחשת עווית שמן, סוחטת את הנוזל שבתוכו וגורם לו לזרום מסביב בתוך השקית. מתח זה יוצר התכווצות שרירים מלאכותית וברגע שהחשמל מנותק, השמן נרגע שוב, מחקה מלאכותי הרפיית שרירים. המפעיל משנה צורה בצורה זו, והאובייקט המחובר למפעיל מראה תנועה. לכן, 'שריר מלאכותי' זה מתכווץ ומשתחרר (גמיש) באופן מיידי באלפיות שניות באותו אופן ובאותה דיוק וכוח של שרירי שלד אנושיים אמיתיים. תנועות אלו יכולות אפילו לנצח את המהירות של תגובות השריר האנושי מכיוון ששרירים אנושיים מתקשרים במקביל עם המוח וגורמים לעיכוב, אם כי לא מורגש. לכן, באמצעות תכנון זה, הושגה מערכת נוזלית בעלת שליטה חשמלית ישירה שהפגינה צדדיות וביצועים גבוהים.
במחקר הראשון1 in מדע, מפעילים תוכננו בצורת סופגנייה והיו להם את היכולת והמיומנות להרים ולהחזיק פטל דרך תפסן רובוטי (ולא לפוצץ את הפרי!). הנזק האפשרי שנגרם על ידי בורג של חשמל כאשר הועבר דרך נוזל הבידוד (בעיה מרכזית עם המפעילים שתוכננו בעבר) טופל גם בתכנון הנוכחי וכל נזק חשמלי נרפא מעצמו או תוקן באופן מיידי רק על ידי חדש זרימת נוזל לתוך החלק ה'פגום' באמצעות תהליך פשוט של חלוקה מחדש. הדבר יוחס לשימוש בחומר נוזלי, שהוא גמיש יותר, במקום שכבת בידוד מוצקה ששימשה בהרבה עיצובים קודמים ואשר נפגעה באופן מיידי. בתהליך זה השריר המלאכותי שרד יותר ממיליון מחזורי כיווץ. המפעיל המסוים הזה, בצורת סופגניה, הצליח בקלות לבחור פטל. באופן דומה, על ידי התאמת הצורה של השקיות האלסטיות הללו, החוקרים יצרו מגוון רחב של מפעילים עם תנועות ייחודיות, למשל אפילו איסוף ביצה שבירה בדיוק ובכוח הנדרש המדויק. שרירים גמישים אלו כונו כמפעילים "אלקטרוסטטיים לריפוי עצמי המוגבר הידראולי", או מפעילי HASEL. במחקר שני2 פורסם ב מדע רובוטיקה, אותו צוות יצר עוד שני עיצובים של שרירים רכים שמתכווצים ליניארית, בדומה מאוד לדו-ראשי אנושי, ובכך יש להם את היכולת להרים שוב ושוב עצמים כבדים יותר ממשקלם.
הדעה הכללית היא שמכיוון שרובוטים הם מכונות אז בוודאי יש להם יתרון על בני אדם, אבל כשזה מגיע ליכולות המדהימות שמעניקים לנו השרירים שלנו, אפשר פשוט לומר שרובוטים מחווירים בהשוואה. השריר האנושי חזק ביותר ולמוח שלנו יש כמות יוצאת דופן של שליטה על השרירים שלנו. זו הסיבה ששרירים אנושיים מסוגלים לבצע משימות מורכבות בדיוק כמו כתיבה. השרירים שלנו מתכווצים שוב ושוב ונרגעים בעת ביצוע משימה כבדה ונאמר שאנו למעשה משתמשים רק בכ-65 אחוז מיכולת השרירים שלנו והגבול הזה נקבע בעיקר על ידי החשיבה שלנו. אם נוכל לדמיין רובוט שיש לו שרירים רכים דמויי אדם, הכוח והיכולות יהיו עצומים. מחקרים אלו נתפסים כצעד ראשון לפיתוח מפעיל שיוכל יום אחד להשיג את היכולות העצומות של שרירים ביולוגיים אמיתיים.
רובוטיקה 'רכה' חסכונית
הכותבים אומרים כי חומרים כמו שקיות פולימר של תפוחי אדמה, שמן ואפילו אלקטרודות הם זולים וזמינים, תוך שהם מגיעים ל-0.9 דולר בלבד (או 10 סנט). זה מעודד עבור יחידות הייצור התעשייתי הנוכחיות ועבור החוקרים לקדם את המומחיות שלהם. החומרים בעלות נמוכה ניתנים להרחבה ותואמים לנוהלי התעשייה הנוכחיים, ומכשירים כאלה יכולים לשמש עבור מספר יישומים כמו מכשירים תותבים, או כבן לוויה אנושי. זהו היבט מעניין במיוחד, שכן המונח רובוטיקה תמיד משווה לעלויות גבוהות. חסרון הקשור לשריר מלאכותי שכזה הוא כמות החשמל הגבוהה הנדרשת להפעלתו וישנם גם סיכויים להישרף אם הרובוט שומר יותר מדי מהכוח שלו. רובוטים רכים עדינים הרבה יותר מעמיתיהם הרובוטים המסורתיים מה שהופך את העיצוב שלהם למאתגר יותר, למשל אפשרויות של ניקוב, איבוד כוח ושפיכת השמן. הרובוטים הרכים האלה בהחלט זקוקים לאספקט של ריפוי עצמי, כמו שהרבה רובוטים רכים כבר עושים.
רובוטים רכים יעילים וחסונים יכולים להיות שימושיים מאוד בחיי אדם שכן הם יכולים להשלים בני אדם ולעבוד איתם כמו רובוטים "שיתופיים" ולא רובוטים שמחליפים בני אדם. כמו כן, זרועות תותבות מסורתיות יכולות להיות יותר רכות, נעימות ורגישות. מחקרים אלו מבטיחים ואם ניתן יהיה להתמודד עם הביקוש הגבוה לכוח, יש לו פוטנציאל לחולל מהפכה בעתידם של הרובוטים מבחינת העיצוב שלהם ואיך הם נעים.
***
{תוכל לקרוא את עבודת המחקר המקורית על ידי לחיצה על קישור ה-DOI המופיע להלן ברשימת המקורות המצוטטים}
מקור (ים)
1. Acome et al. 2018. מפעילים אלקטרוסטטיים מוגברים הידראולית עם ביצועים דמויי שרירים. מַדָע. 359 (6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. קלריס וחב'. 2018. מפעילי Peano-HASEL: מתמרים אלקטרו-הידראוליים מחקים שרירים המתכווצים באופן ליניארי בהפעלה. מדע רובוטיקה. 3 (14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
