Немецкая компания Festo практикуется на электрических, электронных и пневматических узлах для ботов и различного промышленного оборудования. Сейчас, покопавшись в закромах, она сделала манипулятор, поражающий и видом, и способностями.
Инженеры и ранее часто ассоциировали свои творения — манипуляторы для андроидов — с руками человека, но тут это сопоставление, пожалуй, в первый раз, подходит без преувеличения. В новеньком проекте изобретатели очень близко воспроизвели в металле, резине и пластике анатомические особенности человечьих руки и части торса.
"Коронный номер" новейшей руки — письмо по экрану-планшету. На видео приметно, что для бота пневматическая рука делает свою задачку прекрасно, но до плавности и непринуждённости движений человека ей всё-таки далековато (фото Festo).
Именуется это творение Airic's_arm. Это рука и прилегающий "кусочек" спины (кстати, компания сделала не один эталон данной машины). Габариты Airic’s_arm, когда рука распрямлена, составляют 85 x 85 x 65 см. А вес её равен всего-то 6,3 килограмма.
Основным достоинством разработки германские спецы считают её приближение к руке человека в плане точности движений, динамики и мощности. Секрет же новинки – в так именуемых "Жидкостных мускулах" (Fluidic Muscle).
Набросок мускул человека и рентгеновский снимок нового манипулятора, по плану компании, демонстрируют сходство строения 2-ух рук. Понизу: в торсе машины (ближе к мускулам, в целях ускорения их отклика на приказы) укрыт блок пьезоклапанов (иллюстрация и фото Festo).
Вопреки наименованию, мышцы эти (вернее было бы именовать их актуаторами) работают от сжатого (до 6-8 атмосфер) воздуха. Состоят они (упрощённо) из отрезков эластомерных шлангов, армированных арамидными волокнами.
При подаче давления они раздуваются вширь (так как в длину из исходного, сдутого, состояния они растянуться не могут) и сразу сокращаются, как будто истинные мускулы.
Приблизительно таковой тип актуаторов (в том либо ином варианте) изобретатели придумывали и строили не раз, но Festo считает, что конкретно она довела конструкцию искусственных пневматических мускулов до совершенства. Компания выпускает целую линейку таких устройств, отличающихся размерами и силой, а предусмотрены они для работы в качестве приводов в самом разном оборудовании.
Вид сокращающейся мускулы бота вызывает био ассоциации (кадры и фото Festo).
По сопоставлению с электронными приводами, равно как и с пневматическими либо гидравлическими цилиндрами, такие мышцы не могут обеспечить больших скоростей движения либо дальности перемещения соединяемых деталей, зато владеют рядом других сильных сторон.
Сила, в буквальном смысле, — одна из их. Мускулы длиной несколько см могут развивать усилие в 10-ки кг, а другие модели — и в сотки. Вес их при всем этом куда меньше, чем у хоть какого другого типа привода сопоставимой силы.
Система управления может поменять "напряжение" таких мускул до 100 раз за секунду, и никакой инерционности в движении они не проявят. Пусть скорость перемещения деталей, соединённых таковой робототехнической мышцей, не очень велика, зато Fluidic Muscle может развивать ускорение до 100 м/c2.
Спортивные упражнения бот Airic’s_arm делает не так энергично, как человек. Зато движения похожи (кадр и фото Festo).
Сокращается Fluidic Muscle на 10-20% от собственной исходной длины, другими словами — на считанные см. Но вспомните: мышцы человека, скажем, той же руки, прикреплены к костям поблизости суставов. И эти мышцы также отличаются сравнимо маленьким перемещением собственных концов, зато развивают солидное усилие. А геометрия скелета обеспечивают в итоге требуемое (резвое и огромное по размаху) движение конечности.
Вот и в новеньком боте инженеры Festo пошли по тому же, проторённому природой, пути. Они собрались сделать вот что: взяв несколько издавна выпускаемых компанией "робо-мускулов", выстроить очень близкое подобие руки человека. Близкое и по общим пропорциям, и по размерам, и по анатомии.
Снова тест на "грамотность". Здесь хорошо видна задняя часть машины и, соответственно, искусственные мускулы спины (фото Festo).
В руке Airic’s_arm её создатели воссоздали в металле и пластике фактически все кости руки и плеча человека, включая лопатку (в первый раз в технике, утверждает компания), и даже кисть с пятью пальцами (по составным деталям подобными реальным) и все положенные этой структуре суставы.
А приводят эту систему в движение Fluidic Muscle числом 32 штуки! Это примерно в два раза меньше, чем в истинной руке и плечевом поясе, но всё равно — впечатляет.
Искусственные мышцы в новеньком боте подражают в размерах и по расположению реальным мускулам: сгибателям пальцев, мускулам ладошки, бицепсу, трицепсу, грудным мускулам, дельтовидной мышце и т.д..
Пальцы, ладонь и предплечье бота при близком рассмотрении на людские не похожи. И всё же в своём строении они куда больше сходны с макетом, чем большая часть прежних моделей рук-манипуляторов (кадры Festo).
К этому набору создатели бота добавили быстродействующие и высокоточные пьезокерамические клапаны и новый софт. Развиваемая сила и перемещение составных частей руки повсевременно измеряются встроенными датчиками перемещения (всего их здесь 6) и давления воздуха (они персональны для каждого мускула).
Так вышла умопомрачительная рука, которую с людской, естественно, не спутаешь, но её вид всё равно вызывает в памяти рисунки из анатомического атласа. И действует она поточнее и натуральнее (по движениям) большинства рук для ботов, сделанных ранее другими фирмами (к слову, о различных необыкновенных типах искусственных мускулов вы сможете прочесть тут).
Мы писали, мы писали, наши пальчики... не утомились (кадр Festo).
Интересно, что инженеры компании не раз прибегали к "природным патентам". К примеру, не так давно они сделали летающего по воздуху и плавающего под водой роботов-скатов Air_ray и Aqua_ray. Выдуманы были эти аппараты как техноискусство и реклама принципов биомиметики (ну и способностей компании, заодно).
Air_ray заполнен гелием, и в воздухе он плавает не ужаснее собственного собрата из аква среды. Интегрированные приводы присваивают "крыльям-плавникам" скатов движения, копирующие движения истинной рыбы, а радиоуправление позволяет направлять машины в всякую сторону и даже делать фигуры высшего пилотажа.
Видео полёта и заплыва роботов-скатов найдёте здесь и здесь (фото и кадры Festo).
Что до Airic’s_arm, её разработчики хотят и далее развивать этот проект.
Отысканный принцип, пишут они, позволит в дальнейшем сделать подобные робототехнические шейки, ноги, а после оснащения таких конечностей тактильными датчиками и камерами можно будет строить гуманоидных ботов с выдающимися способностями.
Ну и негуманоидные машины также сумеют извлечь из этой технологии выгоду. Ведь никто не мешает конструкторам воспроизвести в металле (с теми же ингредиентами, что и в Airic’s_arm) какое-нибудь земное животное либо даже придумать умопомрачительное.
