Американские специалисты создали рыбу-робота с кровеносной системой

Американские специалисты создали рыбу-робота с кровеносной системой

Создан робот-рыба с собственной кровеносной системой

Как бы ни были хороши современны роботы, пишут исследователи в своей новой работе , им все еще не хватает «многофункциональных взаимосвязанных систем, обнаруживаемых в живых организмах» — а потому роботы не могут воспроизвести их эффективность и автономность. Чтобы решить эту проблему, команда заново «изобрела» и творчески интерпретировала основные факторы, влияющие на эффективность и автономность ботов: их размер, вес и дизайн.

Ученые исследовали существующие ограничения и в конечном итоге пришли к формату «системы циркулирующей энергии, встроенной в автономного водного робота с мягким телом». Да-да, это самая настоящая рыба-робот. Команда, возглавляемая Робертом Шепардом, робототехником и доцентом в Школе механического и аэрокосмического машиностроения Корнелла Сибли, использовала для перемещения робота аккумуляторную жидкость вместо гидравлической. Аккумуляторная жидкость приводит в действие насос, который заставляет плавники двигаться, что и позволяет роботу плавать. Ученые облачили устройство в мягкое тело длиной около полуметра.

В основе роборыбы лежит гидравлика и альтернативный метод накопления энергии, позволяющий ей плавать до 36 часов без необходимости подзарядки. Эффективность конструкции придает то, что жидкостная система внутри робота намного легче и компактнее, чем традиционные аккумуляторные батареи, да и как ресурс она намного дешевле — в результате машина может тратить на движение больше энергии.

Шепард отметил, что на концепт этой системы его вдохновила настоящая кровь и ее кроссфункциональность. «Кровь в наших телах также выполняет множество функций — доставляя энергию и удаляя отходы, она одновременно с этим питает наши органы», отметил он. В результате у инженеров получился простенький, но эффективный аналог кровеносной системы животного. У такого бота масса практических применений: отсутствие необходимости постоянно подзаряжаться, малый вес и пластичность уже сейчас делают его незаменимым для разведки и исследования труднодоступных для человека областей. В будущем более совершенные разновидности таких роботов могут пригодиться и в космосе — в этом вопросе ученые настроены весьма оптимистично.

В США создали рыбу-робота с искусственной кровеносной системой

KOGDATA — Какими бы технологическими и человекообразными ни были современные роботы, их конструкция еще слишком примитивна и далека от биологической гармонии. Вот, например, кровь. Она распределяет кислород и энергию между клетками всего организма, поэтому нам не нужны аккумуляторы. «Хм, а почему бы таким образом питания не применить в робототехнике?» – подумали инженеры из Корнелльского и Пенсильванского университетов и создали роборыбу с искусственной кровеносной системой!

Традиционные ионно-литиевые батареи распределяют энергию по проводам и моторов. Представленный прототип также аккумуляторы, размещенные в брюшной полости и плавниках «рыбы». Но, кроме них, есть еще насосы и гидравлическая жидкость с растворенными ионами. Последняя и выполняет функцию крови.

Принцип, по которому работает система, больше напоминает работу сердца, чем работу обычного аккумулятора – насосы прокачивают жидкость, которая питает их электронами.

Но это не вечный двигатель. В конце концов батареи садятся, потому жидкость теряет ионы. А без них нет циркуляции.

И можно сделать «переливание крови».

На самом деле вы можете слить жидкость и залить другую, заряженную. Это как заполнить бензобак на станции.
Роберт Шепард – исследователь из Корнелльского университета

Смотрите видео ниже ►

Рыба-робот способна плавать до 36 часов подряд. Против течения она двигалась со скоростью 1,5 длины тела в минуту.

Так, в океане ее бы без проблем догнали и съели.
В будущем скорость планируют увеличить путем увеличения площади поверхности анодов и катодов.

Но все равно, против робота аналогичного дизайна, но без синтетической крови, «рыба» двигалась в восемь раз дольше, одновременно сохраняя свою маневренность.


Категория: Новости о онлайн-медиа и IT-корпорациях Ваш IP записан: 188.163.64.82 (01.07.19)

Комментарии 0

«попробуйте оставить ваш первый комментарий здесь — это проще, чем кажется!»

Почти как живая: новая рыба-робот получает энергию от синтетической крови

Мягкая роботизированная рыба. Тёмные области показывают синтетическую кровеносную систему.

Читайте также:  Создан смартфон с усиленной системой защиты

Внутренние компоненты мягкой роботизированной рыбы.

Теоретически такая рыба сможет плавать без подзарядки до 36 часов.

Не первый год инженеры создают автономных роботов, похожих на реальных существ, например, насекомых. Недавно группа американских учёных сделала ещё один шаг в этом направлении и разработала мягкую роботизированную рыбу с многофункциональной “системой кровообращения”.

Отметим, что обычно роботы оснащены аккумулятором для хранения энергии или механизмом для её передачи от одного компонента к другому. Проблема с такими элементами заключается в том, что они увеличивают размер и вес устройств, что, в свою очередь, плохо сказывается на их ловкости, гибкости и автономности.

В недавнем исследовании, опубликованном в издании Nature, учёные из Корнеллского и Пенсильванского университетов описали робота, максимально похожего на живое существо. Разработчики наделили своё механическое детище многофункциональными компонентами. Так, жабры “рыбы” обеспечивают газообмен, регулируют кислотно-щелочной баланс и выводят “отходы”, а уникальная “система кровообращения” одновременно питает устройство и помогает ему двигаться.

Длина устройства составляет 40 сантиметров. Внутри “рыбы” содержится примерно 0,2 литра синтетической крови, распределённой по всей искусственной сердечно-сосудистой системе. Остальная часть робота состоит из структурных элементов, которые чем-то напоминают мышцы и хрящи. Водонепроницаемая оболочка рыбы выполнена из силикона.

В своих разработках инженеры часто используют литий-ионные аккумуляторы. Но у них есть один серьёзный недостаток: они громоздкие.

Новая искусственная рыба питается от проточных редокс-аккумуляторов – систем, состоящих из двух электродов и жидкого электролита (той самой “крови”), который протекает между ними. Такие батареи также питают насосы, которые перегоняют синтетическую кровь по “организму”, заставляя двигаться хвост робота, а также спинной и грудной плавники.

Таким образом синтетическая кровь не только работает в батареях, но и служит в качестве гидравлической жидкости: подача её в тот или иной отдел увеличивает давление. Например, когда раздувается одна сторона хвоста “рыбы”, другая сторона сжимается, что приводит к сгибанию хвоста и изменению направления движения “рыбы”.

Синтетическая кровь помогает “рыбе” двигать плавниками и плавать в воде даже против течения. В то же время она накапливает энергию, необходимую для питания устройства. Это позволяет “рыбе” работать в течение более длительных периодов времени без необходимости в тяжёлых и громоздких аккумуляторных блоках.

Новое устройство не выиграет ни одного спринта (двигаясь против течения, устройство развило скорость около 15 сантиметров в минуту), зато может похвастаться впечатляющей выносливостью. Во время тестирования робот-рыба смог плавать на протяжении двух часов, но теоретически он может работать до 36 часов.

В пресс-релизе работы отмечается, что исследователи достигли плотности энергии, равной примерно половине плотности энергии литий-ионного аккумулятора автомобиля Tesla модели S. Между тем это вечная головная боль проточных редокс-аккумуляторов. Однако в данном случае за счёт нескольких ухищрений инженерам удалось значительно увеличить плотность энергии и эксплуатационное напряжение.

Как говорит соавтор работы Джеймс Пикул (James Pikul) из Пенсильванского университета, эта идея родилась у его команды во время попытки сделать механизмы более автономными.

“Мы поняли, что большинство роботов работает непродолжительное время. Их постоянно приходится перезаряжать, на что уходит по десять минут, а люди способны работать в течение нескольких дней без еды. Мы хотели решить эту проблему и придумать способы хранения энергии прямо в компонентах робота. Так называемая “кровь”– наша первая демонстрация хранения энергии в жидкости, которая обычно используется только для приведения [устройства] в действие”, – рассказывает Пикул в интервью изданию Gizmodo.

По мнению Пикула, механизм циркуляции жидкости в устройстве похож на работу сердечно-сосудистой системы животных.

“В нашей синтетической сердечно-сосудистой системе жидкость запасает химическую энергию, которую мы можем использовать для питания робота-рыбы. По мере того как она прокачивается через устройство, робот приводится в движение. Таким образом, сердечно-сосудистая система является многофункциональной. Именно это позволяет устройству оставаться ловким, а также увеличить время работы”, – объясняет Пикул.

По сравнению с роботом аналогичной конструкции, но без синтетической крови, “рыба” работала примерно в восемь раз дольше, не уступая при этом в проворности.

Читайте также:  Новое приложение будет выявлять тяжесть течения коронавируса

В будущем разработчики намерены использовать синтетическую кровь для повышения мощности роботов и машин, которым требуются жидкость, в том числе электромобилей, самолётов и мягких роботов.

В целом такая инновация является шагом к созданию автономных роботов, которые могут выполнять задания без вмешательства человека, считает Роберт Шеферд (Robert Shepherd) из Корнеллского университета.

Мягкие роботы-рыбы могли бы выполнять морскую разведку, обследовать трубопроводы и подводные кабели, следить за жизнью в океане и многое другое.

Создана рыба-робот с синтетической “кровью”

Американские ученые из Корнеллского университета разработали роботизированную рыбу с собственной сосудистой системой. Организм робота, удивительно напоминающего живую рыбу, оснащен трубками, в которых вместо крови циркулирует электролит, сообщается в журнале Nature.

Моделью для устройства послужила крылатка, которая обитает в тропических коралловых рифах. Рыба-робот, созданная людьми, тоже может плавать: она прошла испытания в бассейне с морской водой. Двигаясь против слабого течения, 40-сантиметровое устройство показало скорость около 15 сантиметров в минуту. Теоретически, считают исследователи, оно может работать до 36 часов.

Такой впечатляющей “выносливости” удалось добиться благодаря “многофункциональному накоплению энергии”.

“Мы представляем конструкцию, которая содержит синтетическую сосудистую систему, состоящую из взаимосвязанных проточных элементов с цинк-йодидным электролитом, которые обеспечивают питание насосов и электроники посредством электрохимических окислительно-восстановительных реакций”, – говорится в статье.

Исследователи использовали в качестве электролитического контура различные плавники роботизированной рыбы, в том числе длинные спинные плавники. Система, основанная на принципе окислительно-восстановительной батареи, одновременно решает две совершенно разные задачи: гидравлическая жидкость управляет рыбой и в то же время накапливает энергию, как в батарее.

Как говорят разработчики, механизм циркуляции жидкости в устройстве похож на работу сердечно-сосудистой системы животных. Эта “система кровообращения” может передавать гидравлическую энергию: если жидкость электролита перекачивается с одной стороны на другую сторону хвостового плавника, то плавник перемещается в боковом направлении. Если жидкость прокачивается по задней части хвостового плавника, то рыба может плавать, меняя направление движения. Грудной плавник рыбы-робота тоже может двигаться, как у живых крылаток, которые используют его для общения с сородичами.

И хотя изобретение не обладает таким количеством способностей, какие имеет живой организм, тем не менее, устройство работает надежно.

“Наша работа показывает, что энергоплотные гидравлические жидкости можно использовать внутри роботов для их механического и электрического питания”, – пишут исследователи. По их убеждению, “синтетическая кровь мягкого робота” являются универсальной платформой для иллюстрации новых методов накопления энергии и преобразования ее в движение.

Рыба-робот с собственной кровеносной системой

Исследователи из Корнелльского университета создали рыбу-робота, которая функционирует с помощью кровеносной системы, работающей на искусственном аналоге крови.

Как бы ни были хороши современные роботы, пишут исследователи в своей новой работе, им все еще не хватает «многофункциональных взаимосвязанных систем, обнаруживаемых в живых организмах» — а потому роботы не могут воспроизвести их эффективность и автономность. Чтобы решить эту проблему, команда заново «изобрела» и творчески интерпретировала основные факторы, влияющие на эффективность и автономность ботов: их размер, вес и дизайн.

Ученые исследовали существующие ограничения и в конечном итоге пришли к формату «системы циркулирующей энергии, встроенной в автономного водного робота с мягким телом». Таким образом появилась настоящая рыба-робот.

Команда, возглавляемая Робертом Шефердом, робототехником и доцентом в Школе механического и аэрокосмического машиностроения Корнелла Сибли, использовала для перемещения робота аккумуляторную жидкость вместо гидравлической. Аккумуляторная жидкость приводит в действие насос, который заставляет плавники двигаться, что и позволяет роботу плавать. Ученые облачили устройство в мягкое тело длиной около полуметра.

В основе роборыбы лежит гидравлика и альтернативный метод накопления энергии, позволяющий ей плавать до 36 часов без необходимости подзарядки. Эффективность конструкции придает то, что жидкостная система внутри робота намного легче и компактнее, чем традиционные аккумуляторные батареи, да и как ресурс она намного дешевле. Такая машина может тратить на движение больше энергии.

Читайте также:  Норвегия решила перейти на электрические самолеты

Шеферд отметил, что на концепт этой системы его вдохновила настоящая кровь и ее кроссфункциональность. «Кровь в наших телах также выполняет множество функций — доставляя энергию и удаляя отходы, она одновременно с этим питает наши органы», – отметил он.

В результате у инженеров получился простой, но эффективный аналог кровеносной системы животного. У такого бота масса практических применений: отсутствие необходимости постоянно подзаряжаться, малый вес и пластичность уже сейчас делают его незаменимым для разведки и исследования труднодоступных для человека областей. источник

Создан робот-рыба с собственной кровеносной системой (фото+видео)

Исследователи из Корнелльского университета разработали роботизированную рыбу, система которой запитана от кровеносной системы, которая работает на искусственном аналоге крови.

Как бы ни были хороши современны роботы, пишут исследователи в своей новой работе, им все еще не хватает «многофункциональных взаимосвязанных систем, обнаруживаемых в живых организмах» — а потому роботы не могут воспроизвести их эффективность и автономность. Чтобы решить эту проблему, команда заново «изобрела» и творчески интерпретировала основные факторы, влияющие на эффективность и автономность ботов: их размер, вес и дизайн.

Ученые исследовали существующие ограничения и в конечном итоге пришли к формату «системы циркулирующей энергии, встроенной в автономного водного робота с мягким телом». Да-да, это самая настоящая рыба-робот. Команда, возглавляемая Робертом Шепардом, робототехником и доцентом в Школе механического и аэрокосмического машиностроения Корнелла Сибли, использовала для перемещения робота аккумуляторную жидкость вместо гидравлической. Аккумуляторная жидкость приводит в действие насос, который заставляет плавники двигаться, что и позволяет роботу плавать. Ученые облачили устройство в мягкое тело длиной около полуметра.

В основе роборыбы лежит гидравлика и альтернативный метод накопления энергии, позволяющий ей плавать до 36 часов без необходимости подзарядки. Эффективность конструкции придает то, что жидкостная система внутри робота намного легче и компактнее, чем традиционные аккумуляторные батареи, да и как ресурс она намного дешевле — в результате машина может тратить на движение больше энергии.

Шепард отметил, что на концепт этой системы его вдохновила настоящая кровь и ее кроссфункциональность. «Кровь в наших телах также выполняет множество функций — доставляя энергию и удаляя отходы, она одновременно с этим питает наши органы», отметил он. В результате у инженеров получился простенький, но эффективный аналог кровеносной системы животного. У такого бота масса практических применений: отсутствие необходимости постоянно подзаряжаться, малый вес и пластичность уже сейчас делают его незаменимым для разведки и исследования труднодоступных для человека областей. В будущем более совершенные разновидности таких роботов могут пригодиться и в космосе — в этом вопросе ученые настроены весьма оптимистично.


Создан новый робот-рыба, который мало чем отличается от живых “собратьев”

Роботы, замаскированные под животных, уже достаточно давно используются для изучения мира дикой природы, именно благодаря таким роботам на свет появляются удивительные документальные фильмы, показываемые нам на каналах BBC и Animal Planet. Одним из подобных “маскирующихся” под живых существ роботов является новый робот-рыба, разработанный в Лаборатории информатики и искусственного интеллекта (Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory, CSAIL) Массачусетского технологического института. Внешний вид и поведение этого робота максимально приближены к виду и поведению живых рыб, и этот робот предоставляет ученым еще один способ изучения морской флоры и фауны.

Роботы, способные действовать под водой, уже давно не являются новинкой. Но большинство подводных роботов полагается на пропеллеры или другие традиционные способы передвижения под водой. Новый же робот, получивший название SoFi использует более естественный и менее шумный принцип движения. Его корпус изготовлен из силиконовой резины и гибкого пластика, внутри корпуса находится обычная аккумуляторная батарея от смартфона, которая приводит в действие электродвигатель миниатюрной помпы. Эта помпа накачивает воду в полости определенной формы, которые работают чем-то вроде поршней двигателя внутреннего сгорания.

Когда одна из полостей раздувается под воздействием давления закачиваемой в нее воды, весь корпус робота изгибается в обратном от полости направлении. Затем система управления переключает клапана и вода направляется в полость на противоположной стороне. Чередование таких действий приводит к тому, что тело робота совершает волнообразные движения, почти в точности копирующие движения реальной рыбы. Управляя скоростью потока накачиваемой воды и временем накачки одной полости, можно управлять скоростью и направлением движения робота SoFi.

Читайте также:  Microsoft намерены создать консоль xBox One без дисковода

Для того, чтобы робот SoFi мог плавать на различной глубине, он оснащен двумя горизонтальными плавниками, выполняющими роль рулей глубины подводных лодок. Помимо этого, робот имеет систему регулирования плавучести, которая так же очень похожа на то, что используют живые рыбы. Плавучесть регулируется при помощи воздуха, вытесняющего воду из специальной полости в теле робота.

Внешность и тихий способ передвижения робота SoFi делают его идеальным вариантом для наблюдений за морской флорой и фауной без внесения в них каких-либо беспорядков. Испытательные погружения с использованием робота SoFi были проведены на рифе Rainbow Reef на Фиджах, а для управления роботом использовался игровой контроллер Super Nintendo, помещенный в водонепроницаемый бокс. Система управления роботом, получая команды от контроллера и используя данные от нескольких датчиков, позволяет ему действовать в полуавтоматическом режиме, а встроенная в робота камера позволяет делать высококачественные снимки и снимать видео в режиме реального времени.

“Согласно имеющейся у нас информации, робот SoFi является первым роботом-рыбой, способной перемещаться в трех измерениях, не будучи привязанной кабелями к источнику питания или базовой станции” – рассказывает Роберт Качман (Robert Katzschmann), один из исследователей, – “Мы намерены использовать эту систему для того, чтобы стать “намного ближе” к морской флоре и фауне, чем это удается сделать людям или роботам других типов”.

В ближайшем времени специалисты лаборатории CSAIL продолжать работать над роботом SoFi, увеличив скорость его передвижения в воде и снабдив робота интеллектуальными функциями, которые позволят ему автоматически следовать за указанной живой рыбой.

“Мы рассматриваем робота SoFi как своего рода первый шаг к созданию автоматизированной подводной обсерватории” – рассказывает Даниэла Рус (Daniela Rus), директор лаборатории CSAIL, – “Эта обсерватория в будущем станет одним из основных инструментов для исследователей, изучающих тайны морской флоры и фауны”.

Рыба-робот – Robot fish

Робот рыба является одним из видов бионических робота , который имеет форму и двигательные живой рыбы. С тех пор, как Массачусетский технологический институт впервые опубликовал исследование о них в 1989 году, было опубликовано более 400 статей о роботах-рыбах. Согласно этим отчетам, было построено около 40 различных типов роботов-рыб, из которых 30 имеют только способность переворачиваться и дрейфовать в воде. Большинство рыб-роботов созданы для подражания живой рыбе, которая использует движение «тело-хвостовой плавник» (BCF) . Робот-рыбу BCF можно разделить на три категории: одинарное соединение (SJ), многосоединение (MJ) и конструкция на основе интеллектуальных материалов. Наиболее важными частями исследования и развития рыб-роботов являются улучшение их контроля и навигации, что позволяет им «общаться» с окружающей средой, позволяя им путешествовать по определенному пути и реагировать на команды, создавая свои «плавники». лоскут.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Дизайн
    • 1.1 Дизайн, вдохновляющий
    • 1.2 Контроль
  • 2 использования
    • 2.1 Изучение поведения рыб
    • 2.2 Игрушки
    • 2.3 Применение на АНПА
    • 2.4 Образование
  • 3 Примеры
  • 4 ссылки

Дизайн

Базовая биомиметическая рыба-робот состоит из трех частей: обтекаемой головы, тела и хвоста.

  • Головка часто изготавливается из жесткого пластика (например, стекловолокна ) и содержит все блоки управления, включая модуль беспроводной связи, батареи и процессор сигналов.
  • Корпус может состоять из нескольких сочлененных сегментов, соединенных серводвигателями . Серводвигатели регулируют угол поворота шарнира. В некоторых моделях грудные плавники закреплены с обеих сторон тела для обеспечения устойчивости в воде.
  • Колеблющийся хвостовой плавник, соединенный с суставами и приводимый в движение двигателем, обеспечивает движущую силу .

Вдохновение для дизайна

Инженеры часто делают упор на функциональный дизайн. Например, дизайнеры пытаются создать роботов с гибкими телами (как настоящие рыбы), которые могут показывать волнообразные движения. Такое тело позволяет рыбам-роботам плавать так же, как плавают живые рыбы, которые могут адаптироваться и адаптироваться к сложной окружающей среде. Первый робот-рыба (RoboTuna из Массачусетского технологического института) был разработан, чтобы имитировать структуру и динамические свойства тунца. Пытаясь получить силу тяги и маневрирования, системы управления рыбой-роботом способны управлять телом и хвостовым плавником, придавая им волнообразное движение.

Читайте также:  Ristretto представила самый мощный электровелосипед на рынке

Чтобы контролировать и анализировать движение роботизированной рыбы, исследователи изучают форму, динамическую модель и боковые движения роботизированного хвоста. Одна из многих форм хвоста рыб-роботов – полумесяц или полумесяц. Некоторые исследования показывают, что такая форма хвоста увеличивает скорость плавания и создает высокоэффективную рыбу-робота.

Задний хвост создает силу тяги, что делает его одной из самых важных частей робота-рыбы. У живых рыб есть мощные мышцы, которые могут генерировать боковые движения для передвижения, в то время как голова остается в относительно неподвижном состоянии. Таким образом, исследователи сосредоточились на кинематике хвоста при разработке движения роботов-рыб.

Теория стройного тела часто используется при изучении движения роботов-рыб. Средняя скорость работы боковых движений равна сумме средней скорости работы, доступной для создания средней тяги, и скорости потери кинетической энергии боковых движений жидкости. Среднюю тягу можно полностью рассчитать по смещению и скорости плавания задней кромки хвостового плавника. Эта простая формула используется при расчете передвижения как робота, так и живой рыбы.

Реалистичные двигательные установки могут помочь улучшить автономное маневрирование и продемонстрировать более высокий уровень передвижения. Для достижения этой цели можно использовать разнообразные варианты плавников при создании роботов-рыбок. Включая грудные плавники, рыбы-роботы могут управлять вектором силы и выполнять сложные плавательные движения, а не только вперед.

Контроль

Форма и размер плавников у живых рыб сильно различаются, но все они помогают достичь высокого уровня движения в воде. Чтобы рыба-робот могла достичь такого же быстрого и маневренного движения, рыбе-роботу требуется несколько поверхностей управления. Ходовые качества связаны с положением, подвижностью и гидродинамическими характеристиками рулей.

Ключом к управлению многосуставной роботизированной рыбой является создание упрощенного механизма, способного обеспечить разумный контроль. Дизайнеры должны учитывать некоторые важные факторы, включая боковые движения тела, кинематические и анатомические данные. Когда дизайнеры имитируют рыбу-робота типа BCF, телесная волна робота-рыбы на основе связей должна обеспечивать движения, аналогичные движению живой рыбы. Этот вид управления плаванием на основе телесных волн должен быть дискретным и параметризованным для конкретной плавательной походки. Обеспечение стабильности походки при плавании может быть трудным, а плавный переход между двумя разными походками может быть затруднительным для роботов-рыб.

Центральная нейронная система, известная как « Генератор центральных паттернов » (CPG), может управлять движением многозвенных роботов-рыб. CPG расположен в каждом сегменте и может соединять и стимулировать сокращение или растяжение мышц. Головной мозг, самая передняя часть мозга позвоночных, может управлять входными сигналами для запуска, остановки и поворота. После того, как системы формируют устойчивую локомоцию, сигнал от головного мозга прекращается, и CPG могут производить и модулировать паттерны локомоций.

Подобно их роли в живых рыбах, нейронные сети используются для управления рыбами-роботами. При разработке бионических нейронных сетей есть несколько ключевых моментов. Во-первых, бионический пропеллер использует один серводвигатель для управления суставом, в то время как рыба имеет две группы мышц в каждом суставе. Дизайнеры могут реализовать по одной CPG в каждом сегменте для управления соответствующим суставом. Во-вторых, дискретная вычислительная модель стимулирует непрерывные биологические ткани. Наконец, время запаздывания связи между нейронами определяет межсегментарную задержку фазы. Функция времени запаздывания в вычислительной модели необходима.

Использует

Изучение поведения рыб

Достижение последовательной реакции является сложной задачей в исследованиях поведения животных, когда живые стимулы используются в качестве независимых переменных. Чтобы преодолеть эту проблему, роботов можно использовать в качестве постоянных стимулов для проверки гипотез, избегая при этом дрессировки и использования крупных животных. Управляемые машины можно заставить «выглядеть, издавать звуки или даже пахнуть», как животные. Мы можем получить лучшее восприятие поведения животных, переключившись на использование роботов вместо живых животных, потому что роботы могут производить устойчивую реакцию в виде набора повторяемых действий. Более того, с различными полевыми развертываниями и большей степенью независимости роботы обещают помочь в поведенческих исследованиях в дикой природе.

Читайте также:  Создана умная перчатка, способная интерпретировать язык глухонемых

Игрушки

Игрушечные рыбки-роботы – самые распространенные игрушки-роботы на рынке. они чаще всего используются для развлечения, хотя некоторые используются для исследований. Конструкция этих игрушек проста и недорогая. Обычно их делят на две категории: автоматические круизные рыбы-роботы и роботы-рыбы с управляемым движением. Самые простые из них состоят из мягкого корпуса (MJ), мотора (хвоста) и головы (основного электрического элемента управления). Они используют батарею для обеспечения двигателем энергии для движения и используют системы дистанционного управления для усиления рулевого управления. Напротив, сложность игрушек и рыб-роботов с точки зрения исследования почти одинакова. Они не только полностью автоматизированы, но и могут имитировать поведение рыб. Например, если вы поместите посторонний предмет в воду вместе с роботом-рыбой, он произведет движение, подобное движению настоящей рыбы. Он отодвинется от постороннего предмета, и скорость плавания увеличится. Он демонстрирует состояние шока и замешательства по отношению к инородному объекту, как и настоящая рыба. Роботы-рыбы заранее фиксируют такое поведение.

Приложение на АПА

Военная оборона и защита моря вызывают растущее беспокойство в области исследований. По мере того, как миссии становятся более сложными, становятся необходимыми высокопроизводительные автономные подводные аппараты (АНПА). АПА требует быстрого движения и маневренности во всех направлениях. Роботизированные рыбы более компетентны, чем современные АНПА, которые двигаются движением, потому что рыба является парадигмой био-вдохновленного АНПА. Как и живые рыбы, рыбы-роботы могут работать в сложных условиях. Они могут не только проводить подводные исследования и открывать новые виды, но также могут спасать и создавать подводные сооружения. При работе в опасной среде роботы-рыбы демонстрируют более высокие характеристики по сравнению с другими машинами. Например, в зоне кораллов мягкие рыбки-роботы лучше справляются с окружающей средой. В отличие от существующих негибких АПА, роботы-рыбы могут получать доступ к узким пещерам и туннелям.

Образование

Помимо огромного исследовательского потенциала, роботы-рыбы также демонстрируют множество возможностей для привлечения студентов и широкой публики. Роботы, вдохновленные биологией, ценны и эффективны, и могут привлечь учащихся к различным областям науки, техники, инженерии и математики. Роботов-рыбок использовали в качестве вспомогательных средств обучения во всем мире. Например, тысячи молодых людей были привлечены к подобным карпам роботам во время недавней выставки в Лондонском аквариуме. Ученые и другие исследователи представили различные виды роботизированных рыб на многих информационных программах, включая первый и второй научно-технические фестивали США в 2010 и 2012 годах соответственно. На этих мероприятиях посетителям была предоставлена ​​возможность не только увидеть роботов-рыбок в действии, но и пообщаться с членами лаборатории, чтобы понять технологию и ее приложения.

Новое в блогах

Сообщество «Политика – объективный и полноценный взгляд»

ЧУДО-ЮДО: РОБОТ-РЫБА!

Университет «Дубна» представил концепцию подводного бионического робота, имитирующего движения рыбы, сообщает в воскресенье агентство «Интерфакс».

«Создается некое устройство, имитирующее рыбу, совершенно бесшумное, полностью похожее. Вопрос скрытности будет в этом случае одним из принципиальных», — сказал профессор кафедры химии университета Дмитрий Крыльский, выступая на семинаре Фонда перспективных исследований в Москве.

По его словам, подводные бионические роботы с двигателями на основе искусственных мышц могут использоваться в военных целях для сбора развединформации, противоминной борьбы и других задач.

«Научно-технический задел для данной разработки составляют электрореактивные полимеры, литиевые источники питания, гидрофобные и супергидрофобные покрытия. Этот проект может быть реализован в течение полутора лет с момента постановки такой задачи», — подчеркнул ученый.

Он уточнил, что полная масса рыбы-робота составит около пяти килограммов, глубина погружения — до трех метров, скорость движения — до трех километров в час. Искусственная рыба сможет нести 1 килограмм полезной нагрузки и работать в автономном режиме до десяти суток.

Читайте также:  Телевизоры Sony BRAVIA OLED серии А1

Ранее сообщалось, что Фонд перспективных исследований изучает возможность создания электромеханических преобразователей на основе электрореактивных полимеров.

«Актуальность развития электроактивных полимеров и „искусственных мускулов“ на их основе определяется потребностями современной техники в дешевых, легких, мощных электромеханических преобразователях», — сказал представитель пресс-службы Фонда.

По его словам, в настоящее время создание электроактивных полимеров является быстрорастущей и многообещающей областью исследований и разработок.

«Такие материалы способны изменять свои размеры или форму под воздействием электрического сигнала, а также преобразовывать электрическую энергию в механическую работу», — отметил специалист.

Фонд перспективных исследований организует научные исследования и разработки в интересах обороны страны и безопасности государства.

РЫБОЙ-РОБОТОМ УЖЕ ЗАИНТЕРЕСОВАЛИСЬ.

Преподаватели и студенты кафедры теоретической механики и мехатроники ЮЗГУ изобрели рыбу-робота, аналогов которой нет в мире. Она способна перемещаться в воде как настоящая, ее возможности могут быть использованы не только для мирных исследований, но и в военных целях.

– Созданием бионических объектов, повторяющих форму живых, мы занимаемся уже полтора года, — говорит кандидат технических наук Андрей Яцун. — У них нет винта, гребных колес, поэтому двигаются они, как настоящие. Это направление — перспективное и для России новое. Мы единственная кафедра в стране, которая над этим работает.

Молодые ученые несколько лет занимались мобильными роботами. Помимо колесных изобрели и вибрационных, у которых нет ни колес, ни ног, а двигаются они за счет колебания внутренней массы.

– Исследуя различные способы движения, мы выполняем математическое моделирование, пытаясь создать оптимальные образцы, которые могут реально найти применение в действительности, — говорит Андрей Сергеевич. — Создание подводных объектов — одна из новых сфер.

Курские ученые выиграли грант и получили из Российского фонда научных исследований полмиллиона рублей на воплощение в жизнь перспективных проектов.

Над созданием чудо-рыбы трудились несколько месяцев. Самым сложным в работе оказалось добиться полной герметизации.

Над этим бился пятикурсник факультета инноваций и управления ЮЗГУ Карен Казарян.

– Мы несколько раз проводили испытания, — говорит Карен, — решили залить «проблемные» места термоклеем, и это помогло.

По себестоимости «рыбка» обошлась в 70 тысяч рублей. А вот конкуренты из Англии создали подобного робота бионического принципа действия за 40 тысяч долларов. Хотя по техническим характеристикам он слабоват.

Этим летом рыбу-робота протестировали на курском море в Щетинке.

– Исследовалось много параметров — глубина погружения, средняя скорость, работа камеры, — говорит Андрей Яцун. — Робот может плавать в течение часа, способен погружаться на глубину до 10 метров. Оператор с пульта управления регулирует все его движения, повороты.

В будущем молодые ученые планируют сделать «рыбу» автономной. На ней закрепят магнитные компасы и эхолоты, которые позволят ориентироваться ей самостоятельно. Всю информацию, собранную под водой, запишут на камеру.

Как новое изобретение может пригодиться науке?

В первую очередь, с его помощью можно провести мониторинг гидросферы, то есть собрать информацию о наличии рыб, водорослей, степени загрязненности воды, а также использовать в других областях.

Новым изобретением уже заинтересовались некоторые курские предприятия, которые себя пока не афишируют.

Полная автоматизация и замена человека: что ждет роботов через десять лет

Эксперты Boston Consulting Group предполагают, что к 2030 году мировой рынок робототехники может увеличиться в десять раз, достигнув $260 млрд. Уже сейчас ученые по всему миру развивают потенциал роботов, приближая их по функционалу к человеческим возможностям. В BCG выяснили, какие тренды влияют на развитие робототехники и как будет развиваться индустрия в ближайшие десять лет. РБК Тренды приводят главные выводы этого исследования.

Три сценария развития робототехники

Рост индивидуализации

Этот сценарий больше всего похож на то, что происходит в области робототехники сегодня. Скорее всего, компании начнут создавать кастомизированных роботов, направленных на решение задач, требуемых отдельным потребителям. Возможно, кто-то создаст робота, собирающего клубнику, или машину, способную взять образцы крови.

Конечно, стоит учитывать, что на этом рынке изначально будет очень высокий ценник. Более того, производители роботов не смогут увеличить объемы производства, чтобы снизить затраты. В такой среде преимущество будет у специализированных маленьких или средних компаний и стартапов, которые легко адаптируются под запросы потребителей и могут создать нишевый продукт.

Увеличение автоматизации

Второй вероятный путь развития робототехники. В этом случае роботы смогут занять рабочие места: появятся роботы-курьеры, роботы-сборщики и роботы для зарядки электромобилей.

Лидерами на этом рынке станут компании, способные масштабировать производство за счет создания дешевых мехатронных устройств. Таких роботов можно будет выпустить в массовое производство, спроектировать и приобрести онлайн.

Развитие искусственного интеллекта

Последний сценарий. Здесь можно ожидать развития мобильных и полностью автономных интеллектуальных роботов. Они смогут справляться со сложными и динамичными задачами: работать в аэропортах, вокзалах и в отелях.

На этом рынке главную роль сыграет разработка программного обеспечения. Потенциально при развитии такого сценария компании, создающие роботов, сместятся на второй план. Они скорее превратятся в платформы для тестирования новых вариантов ПО.

Способность учиться и полная автономность: тренды в области робототехники

Вырастет востребованность роботов, способных выполнять функции сервиса профессиональных услуг. Их стоимость на рынке, по расчетам исследователей, составит от $90 млрд до $170 млрд, в то время как объем рынка промышленных и коллаборативных роботов будет в два раза меньше — от $40 до $50 млрд.

Социальные тренды ускорят потребность в высокотехнологичных робототехнических решениях. С взрослением современного поколения, уже привыкшего использовать роботов, увеличится спрос на ассистентов, которые будут помогать с упражнениями, личной гигиеной, доставкой еды. Внимание к экологической повестке и принципам устойчивого развития сместит акцент в сторону роботов, выполняющих сложные задачи по сортировке.

Увеличится количество роботов в низкооплачиваемых сферах. Эксперты отмечают, что нехватка ручного труда и повышение заработной платы в странах, где раньше она была низкой, приведет к достаточно быстрой замене людей роботами. Сейчас, чтобы преодолеть проблему старения населения и роста заработных плат, роботизированные технологии начали активно внедрять на предприятиях Китая. С 2008 года зарплаты работников заводов в стране увеличились на 71%.

Искусственный интеллект и другие технологические решения сблизят людей и роботов. Развитие роботизированных технологий и увеличение возможностей ассистентов значительно упростят взаимодействие с ними. Искусственный интеллект вскоре позволит роботам без помощи людей справляться с неожиданными ситуациями. Роевой интеллект увеличит возможности мобильных роботов: они смогут распределять задачи между друг другом и даже изменять их. Системы визуализации способствуют развитию больше автономности во время анализа и проверки данных. Развитие сетей связи 5G и других коммуникационных возможностей станут толчком к увеличению радиуса действия роботов и облачных сетей, расширяющих вычислительную мощность роботов и датчиков.

Роботы начнут учиться. Сегодня решению задач реального мира роботы обучаются на специальных симуляторах, но это достаточно грубый метод, которого постепенно становится недостаточно: ситуативность и мгновенные решения роботам по-прежнему отчасти неподвластны. Тем не менее, несколько лет назад компания OpenAI, которая занимается изучением и разработками в области нейронных сетей, создала роботизированную руку, решившую самую популярную головоломку — кубик Рубика — без помощи человека.

Чтобы обучить этому руку, инженерам потребовалось 50 часов, в течение которых она получила опыт приблизительно в 100 человеческих лет.

Машины с условной автоматизацией освоят больше задач. Автомобили по-прежнему с помощью сигнала будут сообщать водителю о том, что необходима помощь, хотя их функционал значительно увеличится, вплоть до маневрирования без помощи человека в заранее запрограммированной местности. Эксперты BCG ожидают, что к 2030 году машины с автоматизацией третьего уровня будут составлять около 8% продаж на мировом авторынке.

Азиатские компании по производству робототехники, которые сейчас составляют малую часть рынка, начнут конкурировать с американскими и европейскими гигантами. Ретейлеры азиатских странах начинают активно модернизировать свои производства, чтобы удовлетворить растущий спрос на продукцию, поэтому производители роботов (в том числе стартапы) должны учитывать этот фактор и использовать его в качестве отправной точки для роста. Тем не менее, с 2017 года количество робототехнических компаний в Корее, Китае и Японии увеличивается достаточно быстро. Некоторые китайские компании уже могут составить конкуренцию производителям из Америки и Европы.

Полная автоматизация и замена человека: что ждет роботов через десять лет

Эксперты Boston Consulting Group предполагают, что к 2030 году мировой рынок робототехники может увеличиться в десять раз, достигнув $260 млрд. Уже сейчас ученые по всему миру развивают потенциал роботов, приближая их по функционалу к человеческим возможностям. В BCG выяснили, какие тренды влияют на развитие робототехники и как будет развиваться индустрия в ближайшие десять лет. РБК Тренды приводят главные выводы этого исследования.

Три сценария развития робототехники

Рост индивидуализации

Этот сценарий больше всего похож на то, что происходит в области робототехники сегодня. Скорее всего, компании начнут создавать кастомизированных роботов, направленных на решение задач, требуемых отдельным потребителям. Возможно, кто-то создаст робота, собирающего клубнику, или машину, способную взять образцы крови.

Конечно, стоит учитывать, что на этом рынке изначально будет очень высокий ценник. Более того, производители роботов не смогут увеличить объемы производства, чтобы снизить затраты. В такой среде преимущество будет у специализированных маленьких или средних компаний и стартапов, которые легко адаптируются под запросы потребителей и могут создать нишевый продукт.

Увеличение автоматизации

Второй вероятный путь развития робототехники. В этом случае роботы смогут занять рабочие места: появятся роботы-курьеры, роботы-сборщики и роботы для зарядки электромобилей.

Лидерами на этом рынке станут компании, способные масштабировать производство за счет создания дешевых мехатронных устройств. Таких роботов можно будет выпустить в массовое производство, спроектировать и приобрести онлайн.

Развитие искусственного интеллекта

Последний сценарий. Здесь можно ожидать развития мобильных и полностью автономных интеллектуальных роботов. Они смогут справляться со сложными и динамичными задачами: работать в аэропортах, вокзалах и в отелях.

На этом рынке главную роль сыграет разработка программного обеспечения. Потенциально при развитии такого сценария компании, создающие роботов, сместятся на второй план. Они скорее превратятся в платформы для тестирования новых вариантов ПО.

Способность учиться и полная автономность: тренды в области робототехники

Вырастет востребованность роботов, способных выполнять функции сервиса профессиональных услуг. Их стоимость на рынке, по расчетам исследователей, составит от $90 млрд до $170 млрд, в то время как объем рынка промышленных и коллаборативных роботов будет в два раза меньше — от $40 до $50 млрд.

Социальные тренды ускорят потребность в высокотехнологичных робототехнических решениях. С взрослением современного поколения, уже привыкшего использовать роботов, увеличится спрос на ассистентов, которые будут помогать с упражнениями, личной гигиеной, доставкой еды. Внимание к экологической повестке и принципам устойчивого развития сместит акцент в сторону роботов, выполняющих сложные задачи по сортировке.

Увеличится количество роботов в низкооплачиваемых сферах. Эксперты отмечают, что нехватка ручного труда и повышение заработной платы в странах, где раньше она была низкой, приведет к достаточно быстрой замене людей роботами. Сейчас, чтобы преодолеть проблему старения населения и роста заработных плат, роботизированные технологии начали активно внедрять на предприятиях Китая. С 2008 года зарплаты работников заводов в стране увеличились на 71%.

Искусственный интеллект и другие технологические решения сблизят людей и роботов. Развитие роботизированных технологий и увеличение возможностей ассистентов значительно упростят взаимодействие с ними. Искусственный интеллект вскоре позволит роботам без помощи людей справляться с неожиданными ситуациями. Роевой интеллект увеличит возможности мобильных роботов: они смогут распределять задачи между друг другом и даже изменять их. Системы визуализации способствуют развитию больше автономности во время анализа и проверки данных. Развитие сетей связи 5G и других коммуникационных возможностей станут толчком к увеличению радиуса действия роботов и облачных сетей, расширяющих вычислительную мощность роботов и датчиков.

Роботы начнут учиться. Сегодня решению задач реального мира роботы обучаются на специальных симуляторах, но это достаточно грубый метод, которого постепенно становится недостаточно: ситуативность и мгновенные решения роботам по-прежнему отчасти неподвластны. Тем не менее, несколько лет назад компания OpenAI, которая занимается изучением и разработками в области нейронных сетей, создала роботизированную руку, решившую самую популярную головоломку — кубик Рубика — без помощи человека.

Чтобы обучить этому руку, инженерам потребовалось 50 часов, в течение которых она получила опыт приблизительно в 100 человеческих лет.

Машины с условной автоматизацией освоят больше задач. Автомобили по-прежнему с помощью сигнала будут сообщать водителю о том, что необходима помощь, хотя их функционал значительно увеличится, вплоть до маневрирования без помощи человека в заранее запрограммированной местности. Эксперты BCG ожидают, что к 2030 году машины с автоматизацией третьего уровня будут составлять около 8% продаж на мировом авторынке.

Азиатские компании по производству робототехники, которые сейчас составляют малую часть рынка, начнут конкурировать с американскими и европейскими гигантами. Ретейлеры азиатских странах начинают активно модернизировать свои производства, чтобы удовлетворить растущий спрос на продукцию, поэтому производители роботов (в том числе стартапы) должны учитывать этот фактор и использовать его в качестве отправной точки для роста. Тем не менее, с 2017 года количество робототехнических компаний в Корее, Китае и Японии увеличивается достаточно быстро. Некоторые китайские компании уже могут составить конкуренцию производителям из Америки и Европы.

Создана искусственная кожа, способная ощущать прикосновения и силу нажатия

Утраченное порождает драгоценные воспоминания

Создав искусственный заменитель кожи, способный различать прикосновения, ученые из Стэндфордского университета, тем самым, приблизили извечную мечту людей, которые в силу различных обстоятельств лишились своих конечностей.

Американским исследователям удалось создать искусственный заменитель кожи, способный различать прикосновения и передавать cоответствующие импульсы в кору головного мозга. Осязательный процесс в новом кожном покрытии работает по аналогии с функционированием настоящих механорецепторов человека.

Эта технология была бы незаменима при разработке протезов, напрямую соединяющихся с центральной нервной системой. Она позволит людям, потерявшим конечность, вновь ощутить радость прикосновений.

Помимо осязательной функции, разработанное покрытие реагирует и на силу нажатия. Собственно, на этом все и строится – искусственная кожа представляет собой два тонких слоя прорезиненного пластика с покрытием из цепи электронных датчиков. В промежутке между слоями расположены нанотрубки, выполненные из карбона.

При сжатии слоев по ним проходит электрический сигнал, который усиливается при большем нажатии. Именно так выглядели разработки кожного покрытия до тех пор, пока Чжэнань Бао, инженер-химик из Стэндфорда, не предложила свою версию усовершенствования датчиков.

Теперь углеродные проводники приняли вид перевернутых пирамидок, а их чувствительность возросла в разы. Усовершенствованное покрытие реагирует даже на лёгкое дуновение ветра, не говоря уже о дружеском рукопожатии. Список нововведений пополнили и кольцевые генераторы, позволяющие перевести электрические импульсы от пирамидок в совокупный поток.

Именно за счет этого достигается максимальное сходство с тем, как работают механорецепторы человеческой кожи. Таким образом, эта технология позволит людям не только почувствовать прикосновения, но и определить их силу.

Главной сложностью на пути учёных к успешной реализации проекта, стала необходимость сложного оперативного вмешательства – нужно было найти способ передачи электрических сигналов без необходимости имплантирования металлических электродов в кору мозга. В связи с этим к разработкам привлекли оптогенетиков – ученых, работающих над изучением восприятия световых импульсов мозгом.

Ведь, если электронные имульсы конвертировать в импульсы синего цвета, к которым чувствительна соматосенсорная кора, то с посредством некоторой её перестройки можно было бы передавать тактильные ощущения в мозг без размещения в нем электродов. Подобные испытания на мышах завершились успехом, но для экспериментов с участием человека время еще не пришло.

Ссылка на основную публикацию