19.09.2019
PL EN
19.08.2019 aktualizacja 19.08.2019
Marek Matacz
Marek Matacz

Robot jak żywy

Kiedy jednak na arenę robotyki weszła firma Boston Dynamics, swoimi konstrukcjami na powrót rozbudziła wyobraźnię nie tylko fanów nowych technologii, ale także Smitha czy Kowalskiego. Fot. PAP/EPA, 2017-11-21 09:45:03 Kiedy jednak na arenę robotyki weszła firma Boston Dynamics, swoimi konstrukcjami na powrót rozbudziła wyobraźnię nie tylko fanów nowych technologii, ale także Smitha czy Kowalskiego. Fot. PAP/EPA, 2017-11-21 09:45:03

Siłowniki, serwomotory, kable... mogą za jakiś czas przejść do lamusa, przynajmniej jeśli chodzi o roboty. Czy zastąpią je sztuczne mięśnie - dużo mocniejsze od prawdziwych, do tego zasilane przez gromadzącą prąd „krew” i ukryte pod elektroniczną skórą?

Wyobrażenia ludzi o robotach, szczególnie tych przypominających człowieka, przeszły długą drogę. Aby ją zobaczyć, można spojrzeć choćby na filmową gwiazdę z lat 50-tych o imieniu Robby the Robot i na cybernetyczne ciała "Surogatów", maszyny z "Terminatora" czy androidy "Obcego". Choć może nie aż tak duża, rewolucja dokonała się także w technologii. Humanoidalne maszyny biegają, skaczą, robią salta. Zmiany idą jednak dalej i przyszłe roboty, mimo syntetycznej budowy, będą coraz bardziej przypominać ludzi czy inne żywe organizmy.

Może się nawet okazać, że wygrają pod względem siły i sprawności. Na przykład naukowcy z University of Illinois w Urbana-Champaign przedstawili niedawno sztuczne mięśnie, które potrafią wykonać 18 razy większą pracę, niż naturalne. "Zakres zastosowań tych niedrogich i lekkich sztucznych mięśni jest szeroki i obejmuje różne dziedziny robotyki, protetykę, czy konstrukcję urządzeń wspomagających człowieka" - mówi współautorka wynalazku dr Caterina Lamuta. Mięśnie zbudowane są ze spiral wykonanych z włókien węglowych i polimeru (polidimetylosiloksanu). Kurczą się pod działaniem temperatury lub specjalnego roztworu. Ponieważ rozgrzewają się pod wpływem elektryczności, skurcz następuje też po podłączeniu ich do prądu.

Niektórzy badacze idą jeszcze dalej i chcą zasilać mięśnie robota, podobnie, jak robi to matka natura z naturalną tkanką. Taką technologię rozwijają np. badacze z Uniwersytetu w Linköping. Żywe mięśnie poruszają się, czerpiąc energię wydzielającą się w czasie utleniania prostego cukru, jakim jest glukoza. Naukowcy wykorzystali polimer, który zmienia swoją objętość pod wpływem elektryczności. Kiedy pojawi się na nim ładunek dodatni - uwalniają się z niego jony, co prowadzi do zmniejszenia objętości. Z kolei ładunek ujemny powoduje jej zwiększenie. Do stworzenia mięśnia szwedzki zespół wykorzystał znany od dawna system dwóch warstw takiego polimeru przedzielonych cienką membraną. Kiedy po jednej stronie membrany pojawi się dodatki ładunek elektryczny, a po drugiej ujemny, następuje wygięcie całego układu.

Badacze zrezygnowali jednak ze źródła prądu. Zamiast tego połączyli polimer z bioelektrodami, które z pomocą enzymów zamieniają energię chemiczną w elektryczną. "Enzymy prowadzą podobną do zachodzącej w żywym organizmie reakcję między glukozą i tlenem, uwalniając elektrony. Zasilają one ruch sztucznego mięśnia, zbudowanego z elektroaktywnego polimeru. Nie jest potrzebne żadne źródło zasilania - wystarczy tylko zanurzyć taki mechanizm w wodnym roztworze glukozy" - wyjaśnia jeden z konstruktorów mięśni, Edwin Jager. Oparty na takich układach robot musiałby być więc wyposażony w odpowiednik systemu krwionośnego transportującego glukozę i tlen.

Tymczasem zespół z Cornell University proponuje "krew" innego rodzaju. Opracowali oni ciecz, która jednocześnie spełnia trzy zadania - magazynuje energię, napędza hydrauliczne elementy poruszające robotem i wypełniając jego ciało, pozwala mu utrzymać właściwy kształt. Ciecz, jak tłumaczą badacze, może zgromadzić mniej więcej połowę energii, jaką magazynuje dobra bateria litowo-jonowa o podobnej masie. "W przyrodzie możemy obserwować, jak długo różne organizmy żywe mogą działać, wykonując skomplikowane działania. Roboty nie są w stanie działać w taki sposób, przez długi czas. Nasza, inspirowana biologią technologia może dramatycznie zwiększyć gęstość energetyczną urządzenia i pozwalać miękkim robotom działać dłużej" - twierdzi współtwórca wynalazku prof. Rob Shepherd.

Można sobie wyobrazić, że oprócz coraz intensywniej rozwijanych miękkich, np. pływających robotów, krew stanie się podstawą pracy elementów różnego typu urządzeń, w tym m.in. robotów humanoidalnych. Jako pierwszą demonstrację możliwości wykorzystania elektrycznej "krwi" badacze stworzyli natomiast robota-rybę. Zgromadzony w cieczy prąd zasila niewielkie pompy, które - pompując ją, poruszają płetwami. Na razie ryba działa bardzo wolno, ale może pracować przez 36 godzin. Dobrze byłoby też, aby zasilanego sztucznymi mięśniami i krwią robota pokrywała syntetyczna, lecz w pełni funkcjonalna skóra. To także kwestia niedalekiej przyszłości, bo tzw. e-skóry rozwijane są w wielu ośrodkach badawczych. Na przykład naukowcy z University of Colorado w Boulder opracowali miękką, elektroniczną skórę, która ma zdolność wyczuwania nacisku, temperatury, wilgotności i przepływu powietrza. Co więcej, naprawia się, gdy zostanie przecięta i można ją poddać łatwemu recyclingowi. Wyposażony w nią robot nabrałby więc niemało cech żywej istoty.

"Wyobraźmy sobie, że ktoś chce mieć robota opiekującego się dzieckiem" - mówi jeden z twórców wynalazku prof. Wei Zhang. "W takim przypadku należałoby pokryć e-skórą palce maszyny, które dzięki temu mogłyby czuć nacisk wywierany na ciało dziecka. Pomysł polega na tym, aby za pomocą e-skóry móc naśladować funkcję skóry biologicznej" - podkreśla badacz. Jeśli więc naukowcy mówią o przypominających żywe istoty robotach zajmujących się dziećmi, pojawia się pytanie, gdzie jeszcze takie maszyny zobaczymy.

Marek Matacz

Copyright © Fundacja PAP 2019