Для роботов и людей | grb — коллективный блог

Для роботов и людей

Ольга Алсыева

Изобретатель из РБ запатентовал революционный способ создания искусственной мышцы

Бурятский изобретатель Игорь Пронькинов получил патент на способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров. Проще говоря – на способ создания искусственной мышцы.

Изобретение, по словам автора, может применяться как для создания человекообразных роботов, так для протезирования людей, пишет "Байкал Финанс".

Пошел своим путем

По словам Игоря Трофимовича, в первую очередь, применяться такие «мышцы» могут в робототехнике.

В последние годы в мире робототехника развивается очень активно, в том числе то ее направление, которое стремится создать человекообразную технику. И в этой области уже много открытий: создана система ориентации, равновесия, распознавания образов и так далее. Но развитие робототехники в целом задерживает отсутствие эффективных движителей.

Вся роботехника сейчас работает на электродвигателях или сервоприводах, в основу которых положен электродвигатель. А его работа основана на вращательном движении, мышцы же работают возвратно-поступательно, то есть необходимо преобразовывать движение. К тому же в электродвигателях много деталей, особенно мелких. Они часто выходят из строя и требуют постоянного обслуживания. Все это делает электродвигатели достаточно дорогим удовольствием.

«Причем, на каждую степень свободы нужен отдельный электродвигатель. В больших роботах счет электродвигателей идет на десятки и даже на сотни. Все это усложняет робота и делает его очень дорогим», - объясняет изобретатель.

Сегодня в мире огромное количество энтузиастов пытаются создать «мышцы» для робота. Наиболее перспективное направление – это использование так называемых электроактивных полимеров. Эти полимеры под действием электричества меняют свои размеры и форму. Такие вещества открыты давно, еще в XX веке, и практически каждый год появляются новые материалы. Класс этих материалов очень большой, различаются они по принципу действия. И все же у них есть общий недостаток – как правило, изменения размера хоть и присутствуют, но незначительные.

«Скажем так: они недостаточны для практического применения. То есть нужно, чтобы мышца сокращалась достаточно существенно – практически вдвое, а то и больше», - рассказывает Пронькинов.

Поэтому сейчас попытки совершенствовать электроактивные полимеры направлены именно на то, чтобы увеличить именно их степень сокращения. В основном этим занимаются ученые-химики.

Среди известных на сегодняшний день электроактивных полимеров есть такие которые при не очень большой степени сокращения, тем не менее, развивают большое усилие, например, использующие осмотическое давление.

Как пример осмотического давления (когда давление очень большое, а перемещение/изменение очень маленькое) изобретатель привел хрестоматийный пример из истории. В Древнем Египте, когда строили пирамиды, камень добывали так: сверлили отверстие, забивали в нее сухой колышек, поливали его водой. Дерево разбухало от воды, развивало огромное усилие, и на камне образовывалась трещина.

«Мое изобретение направлено на то, чтобы трансформировать большое усилие в большое сокращение – это чисто инженерный подход. Никакой химии и создания новых материалов. Мой способ позволяет использовать практически любые электроактивные полимеры из того набора, что есть», - говорит ученый.

В его изобретении используется «принцип рычага»: «выигрываем в силе – проигрываем в расстоянии» и наоборот. Игорь Пронькинов предлагает использовать электроактивный полимер, выполненный в виде нити. При подаче напряжения нить просто сворачивается в спираль. Понятно, что длина спирали намного меньше длины нити (в разы, а то и в десятки раз). Усилие, которое развивает одна спираль, маленькое. Но ниточек из электроактивных полимеров может быть много. Это делает их похожими на волокна в живой мышце.

«Берем не одну ниточку, а пучок. При этом большое сокращение остается. А за счет увеличения числа рабочих ниточек можно достичь необходимого усилия», - объяснил изобретатель способ регулирования силы мышцы. Ведь для ног робота нужна одна сила, для рук – другая, а для мимических «мышц» - во много раз меньшая.

Пучок таких нитей помещается в полимерную защитную оболочку. Когда на них подается напряжение – «мышца» сокращается. Напряжение отключается – «мышца» распрямляется. Причем, такая «мышца» будет сокращаться в разы, а, может, даже в десятки раз больше, чем средняя «химическая» мышца. Одновременно такая конструкция позволит регулировать и длину сокращения, и быстродействие, и силу, и размер мышцы (толщину, длину).

В изобретении можно использовать самые простые и дешевые из известных электроактивные полимеры. Поэтому производство будет не очень дорогим.

Изобретение Пронькинова существует пока только на бумаге. Для его реализации необходимо провести НИОКР (научно-исследовательские опытные конструкторские работы). В результате них будет получен опытный образец, который после пойдет в серийный выпуск. Все это требует денег, которых у изобретателя нет, поэтому он ищет инвесторов. Также у него есть мысль собрать деньги способом, ныне именуемом краудфандингом (т.е через интернет).

Бионические руки, экзоскелеты и «вживляемые» мышцы могут производиться в Улан-Удэ

По мнению изобретателя, не сегодня-завтра роботы появятся в каждом доме. Ведь, например, эпоха, когда не было сотовых телефонов, компьютеров или интернета, закончилась не так давно. И прогресс идет огромными шагами. На рынке Китая и Японии уже появились домашние роботы, которые пользуются невероятным успехом. Поэтому, он считает, что интерес к робототехнике будет только возрастать. Соответственно, будет необходимость и в движителях. Иными словами, его изобретение будет актуально. Несмотря на то, что в России ситуация с робототехникой хуже, чем в мире в целом, и здесь она развивается огромными темпами.

Очевидно, что «мышцы» - это лишь рабочий орган и только часть конечного продукта. Игорь Пронькинов хочет начать и разработку робототехнических устройств, в которых намерен использовать «свои» мышцы.

Во-первых, он планирует начать выпуск роботизированных манекенов. В мире уже есть подобные разработки: манекен может двигать руками, головой, поворачиваться, «говорить», призывая покупателей. Они пользуются большим спросом. Но роботизированные манекены очень дороги, тем более для российского рынка, поэтому большого распространения не получили и серийного выпуска такой техники нет.

Второе направление – создание бионических протезов, в первую очередь кистей рук. «Мы начали работу по их созданию. Это не эксклюзивная разработка. В мире, в том числе в России, подобные есть. Первое время, пока «мышцы» у нас нет, мы будем, как и все, делать протезы на сервоприводах, но таким образом, чтобы в дальнейшем заменить их на нашу «мышцу». А пока хотим освоить технологический процесс производства протезов», - объяснил Пронькинов.

И третье – создание экзоскелета. Сегодня в мире их разработано огромное количество, есть и в России.

«Экзоскелеты делятся на две большие группы: для помощи больным и ослабленным людям. Например, парализованным, или больным ДЦП, или пожилым. Вторая группа усиливает физические возможности здоровых людей. Применение им можно найти как гражданское, так военное. Гражданское – например, для грузчиков или людей, которым приходится постоянно много подниматься и опускаться или двигаться. На сегодняшний день мы не ставим задачу создавать экзоскелеты второго типа. Для меня лично больший интерес представляет создание экзоскелета для больных и ослабленных людей. Это более гуманно», - объясняет изобретатель.

«Я думаю, мы сможем делать «вживляемые» мышцы. Управляться они будут сигналом от мозга, а питаться от аккумулятора или батарейки. Это вполне возможно. Я не вижу никаких препятствий для этого. Вопрос только в подборе соответствующих материалов. В первую очередь, в зависимости от биосовместимости с организмом человека, чтобы не отторгались. А с точки зрения технической - никаких препятствий нет. Если использовать, например, силиконовое или фторпластовое покрытия, которые широко применяется для вживления, проблем никаких не будет», - говорит Игорь Пронькинов.

«Если роботу мышцу поставили, то почему бы человеку не поставить?», -улыбается наш собеседник.

В ближайшее время Игорь Пронькинов планирует юридически оформить предприятие, которое будет заниматься всеми этими разработками, а также решить вопрос с международным патентованием. «Российский патент у меня есть, надо получить патенты других стран. Это длительный и финансовоемкий процесс», - говорит он.

Изобретатель хочет привлечь в свой проект энтузиастов, интересующихся робототехникой, и приглашает всех желающих участвовать в нем.

Робототехника развивается очень активно, поэтому не сомневается, что в мире изобретут и другие варианты искусственных мышц, но его изобретение займет свое место на рынке.

«Какое это будет место – вопрос другой, но я настроен оптимистически. Я не собираюсь никуда уезжать, даже в пределах России, а тем более за границу. Буду стараться делать все это здесь, у нас, в Улан-Удэ», - сказал изобретатель.

https://03grb.ru/news/33944

Источник: 03grb.ru

Комментарии: