لباس بیرونی فوق منعطف SRI Robotics

موسسۀ SRI Robotics در حال کار بر روی دو لباس بیرونی و مواد چهار بعدی جدیدی است که بکارگیری آنها را راحت‌تر می‌کند. SRI International در اصل بخشی از دانشگاه استنفورد و موسسه‌ای پژوهشی در Menlo park کالیفرنیا است و بخش رباتیک آن SRI Robotics برای توسعۀ ربات جراح کنترل‌شونده از دور که با نام سامانۀ جراحی داوینچی (da Vinci Surgical System) تجاری شد، شناخته شده است. SRI Robotics به بهبود فناوری‌های موجود راضی نشده و به جای آن به مفاهیم علمی پایه‌ای بازگشته و به دنبال روش‌ها و مواد جدید است.

یک راه برای نشان‌دادن شیوۀ عملکرد SRI Robotics، بررسی نظر این سازمان دربارۀ انتخاب روش‌های فعلی تأمین توان اسکلت‌ها و لباس‌های بیرونی است: هیدرولیک، پنیوماتیک (بادی)، موتوری یا غیر فعال. هر گزینه مزیت‌ها و معایب خود را دارد. پاسخ SRI هیچ‌کدام از این گزینه‌هاست. بلکه به جای آنها، به دنبال گزینۀ پنجم تازه‌ای همچون مواد چهاربعدی و ماهیچه‌های مصنوعی است.

برای این مقاله، ما مواد چهاربعدی را اجسامی با سه بعد تعریف می‌کنیم که می‌توانند در طول زمان ویژگی‌هایشان را تغییر دهند. به طور مشخص‌تر، SRI International روی ورق‌های لایه لایۀ نرمی کار می‌کند که می‌تواند خم شده و پیچ و تاب داده شود ولی با اعمال ولتاژ الکتریکی لایه‌های ورق‌ها دیگر روی هم سر نخورده و ساختاری سفت و سخت ایجاد می‌کنند. اصول کار همانند یک بسته کاغذ در مقابل یک تخته چوبی است. هردوی آنها از یک مادۀ یکسان ساخته شده‌اند و اگر به کاغذها  اجازه داده نشود روی هم سر بخورند سفت و سخت می‌شوند. یک نمونه از این ویژگی در فیلم‌های هالیوودی، «شنل بتمن» است که می‌تواند با سفت شدن به هواپیمایی بدون موتور بدل شده و دوباره با نرم شدن به یک شنل بدل شود.

کاربرد مواد چهاربعدی در اسکلت‌های بیرونی:

مواد چهاربعدی می‌توانند به عنوان جایگزین سازوکار کلاچ در اسکلت غیرفعال مچ پای ساختۀ دکتر Greg Sawicki بکار روند. این کار می‌تواند به طور چشمگیری اسکلت بیرونی را سبک‌تر و ساده‌تر کند یا با قبول هزینۀ افزودن سامانۀ الکتریکی در موقعیتی راهبردی قرار گیرد. کاربرد جذاب دیگر مواد چهاربعدی که SRI Robotics ارائه می‌کند تسمه‌ها و سوکت‌های جفت‌سازی است. این مواد می‌توانند در پیکربندی نرم روی بازو یا پای کاربر تنظیم شده سپس در اطراف اندام کاربر سفت شود. سامانۀ اتصال سنتی پس از یکبار تنظیم شدن دیگر قابل تغییر نیست ولی این تسمه‌های جدید می‌تواند به حالت نرم در آمده، دوباره تنظیم شده و سپس سفت شوند.

کاربرد دیگر برای مواد چهاربعدی شامل ساخت اسکلت‌های بیرونی غیرفعالی می‌شود که منعطف هستند ولی لحظه‌ای که زیر بار قرار می‌گیرند سریعاً سفت می‌شوند. این کاربرد می‌تواند به ساخت نسل جدیدی از لباس‌های صنعتی نگه‌دارندۀ ابزار منجر شود که می‌تواند هنگام تغییر مکان کارگران منعطف باشد ولی هنگام کاربری ابزار سفت شده و وزن را تحمل کند.

ماهیچه‌های مصنوعی SRI Robotics:

موادی که می‌توانند ویژگی‌هایشان را تغییر دهند تنها چیزی نیست که SRI Robotics روی آنها کار می‌کند. این شرکت همچنین روی پلیمرهای فعال الکتریکی (EAP) نیز کار می‌کند که می‌تواند به عنوان ماهیچه‌های مصنوعی یا حسگرهای قابل تغییر شکل بکار روند. فناوری پلیمر فعال الکتریکی به Parker Hannifin فروخته شده است و این شرکت در توصیف آن می‌گوید: «پلیمری که هنگام تحریک با میدان الکتریکی، اندازه و شکل آن تغییر می‌کند. این میدان روی الکترودها نیروی جاذبه کولمب ایجاد می‌کند که با اعمال نیروی فشاری روی دی‌الکتریک‌ها باعث تغییر در اندازه و شکل می‌شود. پلیمر فعال الکتریکی می‌تواند برای ساخت دستگاه‌های گوناگون شامل حسگرها، محرک‌ها و دستگاه‌های مبدل انرژی بکار رود.»

ربات‌ها و لباس‌های بیرونی:

PROXI، ربات انسان‌نمای SRI برای راه رفتن پویا و با بازده انرژی بالا

هم اکنون SRI Robotics دانش زیادی دربارۀ راه رفتن رباتیک و اسکلت‌های بیرونی دارد. ربات انسان‌نمای PROXI یک اسکلت بیرونی نیست ولی رباتی با راه رفتن پویا است که می‌تواند تا بیست برابر کارآمدتر از ربات‌های انسان‌نمای فعلی راه برود. این پیشرفتی مهم به ویژه برای اسکلت‌های بیرونی توانمندساز جسمی است. اسکلت‌های بیرونی سنتی هنگام راه رفتن و حتی برخی اوقات هنگام ایستادن در صورت بکارگیری موتورها برای قفل کردن دستگاه در یک مکان مقدار زیادی انرژی مصرف می‌کردند. در مقابل PROXI شبیه‌تر به انسان راه می‌رود و موقعتاً تأمین توان را به موتورهایی که برای پشتیبانی نیاز نیست قطع می‌کند. در واقعیت این کار از آنچه به نظر می‌رسد بسیار سخت‌تر است. افزون بر این، ربات انسان‌نمای PROXI یک بستر آزمایش برای انتقال کارآمدتر با اصطکاک کمتر، موتورهای الکتریکی کم توان با انتشار گرمای کمتر و قطعات کشسان برای ذخیرۀ انرژی در چرخۀ گام برداری است. همۀ این پیشرفت‌ها مستقیماً قابل انتقال به اسکلت‌های بیرونی SRI است.

>> در این زمینه بخوانید: DURUS: ربات انسان نمایی که خیلی شبیه به انسان راه می‌رود!

در نهایت، در مورد اسکلت‌های بیرونی، SRI Robotics در دستکم دو پروژه شرکت دارد: لباس بیرونی Super Flex به عنوان بخشی از پروژۀ DARPA Warrior Web و اسکلت بیرونی کودکان.

همانطور که ممکن است با خواندن این مقاله حدس زده باشید، SRI Robotics به هیچ وجه قصد بکارگیری فناوری‌های موجود را در لباس بیرونی خود ندارد و به جای آن، تلاش می‌کند از مرزها عبور کرده و چندین ویژگی جدید را ارائه کند. در نتیجه، نسخه‌های گوناگون زیادی از لباس‌های بیرونی SRI موجود است. لباس بیرونی Super Flex کاملاً در این شرکت توسعه داده شده ولی نسخه‌های گوناگونی از آن در همکاری با Ekso Bionics و دانشگاه هاروارد ساخته شده است. لباس بیرونی Super Flex روش‌های صرفه‌جویی انرژی PROXI را با یکدیگر یکپارچه کرده و آنها را با یک لباس بیرونی منعطف با کاربر همراه می‌کند. پیش‌نمونۀ ساخته شده برای DARPA بسیار شبیه لباس بیرونی موسسۀ Wyss است.

دومین لباس بیرونی در حال توسعه به دست SRI Robotics یک لباس بیرونی منعطف برای کودکان است که از مواد چهاربعدی برای محرک‌ها بهره می‌برد و در اصل همانند اسکلت بیرونی Magic Arms است ولی دیگر از قطعات بزرگ چاپ سه‌بعدی چسبیده به آن خبری نیست. این لباس هنوز در مراحل آغازین توسعه است اما مفهوم اولیه بکارگیری مواد چهاربعدی است که هنگام انرژی دهی به آنها برای تأمین نیروی بالابر بازو تغییر شکل دهند. این لباس برای نوزادان یا کودکان خردسالی طراحی شده است که به دلیل بیماری‌های عصبی عضلانی از داشتن بازوهای ضعیف یا توسعه نیافته رنج می‌برند.

SRI Robotics شرکتی است که باید مراقب آن بود!

SRI Robotics خود را به موسسه‌ای پیشرو در فناوری اسکلت بیرونی تبدیل کرده است. پژوهشگران آن از خطر کردن نترسیده و به دنبال روش‌های جدید برای حل مشکلات قدیمی هستند. SRI Robotics به طور منظم با دیگر گروه‌های فعال در زمینۀ اسکلت‌ بیرونی همکاری می‌کند و پیش‌زمینۀ علمی آن در راه رفتن رباتیک با دانش شرکت Honda رقابت می‌کند.

منبع: exoskeletonreport.com