Return to Video

ماهیچه‌های مصنوعی که به ربات‌های آینده نیرو می‌بخشند

  • 0:01 - 0:05
    در سال ۲۰۱۵، ۲۵ تیم از سرتاسر جهان
  • 0:05 - 0:08
    برای ساختن رباتهایی برای مواجهه
    با بلایای طبیعی با هم رقابت کردند
  • 0:08 - 0:10
    که قادر به انجام
    شماری وظایف بودند،
  • 0:10 - 0:12
    مانند استفاده از ابزارهای برقی،
  • 0:12 - 0:13
    کار بر روی سطوح ناهموار
  • 0:13 - 0:14
    و راندن خودرو.
  • 0:15 - 0:17
    همه اینها قابل توجه
    به نظر میرسند و هستند،
  • 0:18 - 0:21
    اما به بدنهی ربات برنده، هوبو نگاه کنید.
  • 0:22 - 0:25
    اینجا هوبو تلاش میکند
    از یک خودرو پیاده شود،
  • 0:25 - 0:26
    و به یاد داشته باشید،
  • 0:26 - 0:28
    سرعت این ویدئو سه برابر شده است.
  • 0:28 - 0:32
    (خنده)
  • 0:33 - 0:36
    هوبو از تیم کایست از کُره، یک ربات پیشرفته
  • 0:36 - 0:38
    با توانمندیهای قابل توجه است،
  • 0:38 - 0:40
    ولی این ربات چندان متفاوت
  • 0:40 - 0:42
    از رباتهای چند دهه پیش به نظر نمیرسد.
  • 0:43 - 0:45
    اگر به سایر رباتهای
    حاضر در مسابقه نگاه کنید،
  • 0:46 - 0:49
    حرکات آنها نیز بسیار
    رباتیک به نظر میرسد.
  • 0:49 - 0:51
    بدنهی آنها، سازههای مکانیکی پیچیده
  • 0:51 - 0:53
    ساختهشده از مواد سخت
  • 0:53 - 0:57
    مانند فلز و موتورهای الکترونیکی
    سخت مرسوم هستند.
  • 0:57 - 0:58
    آنها قطعا طراحی نشدهاند
  • 0:58 - 1:01
    که کمهزینه، بیخطر
  • 1:01 - 1:04
    و قابل انطباق با چالشهای
    پیشبینی نشده باشند.
  • 1:04 - 1:07
    ما پیشرفتهایی خوبی در رابطه
    با مغزهای رباتها داشتهایم،
  • 1:07 - 1:09
    اما بدنههای آنها
    همچنان اولیه هستند.
  • 1:11 - 1:13
    این نادیا دختر من است.
  • 1:13 - 1:14
    او تنها پنج سال دارد
  • 1:14 - 1:17
    و میتواند بسیار سریعتر
    از هوبو از خودرو پیاده شود.
  • 1:17 - 1:19
    (خنده)
  • 1:19 - 1:21
    او همچنین میتواند به راحتی
    از این میلهها آویزان شود،
  • 1:21 - 1:24
    بسیار بهتر از تمام
    رباتهای انساننمای موجود.
  • 1:24 - 1:26
    بر خلاف هوبو،
  • 1:26 - 1:29
    بدن انسان به میزان زیادی
    از مواد نرم و تغییرپذیر
  • 1:29 - 1:31
    مانند ماهیچه و پوست استفاده میکند.
  • 1:31 - 1:34
    ما به نسل جدیدی از
    بدنههای رباتها نیاز داریم
  • 1:34 - 1:38
    که از ظرافت، کارایی و
    مواد نرمی الهام گرفته است
  • 1:38 - 1:40
    که در طرحهای طبیعی یافت میشوند.
  • 1:40 - 1:45
    و البته، این به ایدهی کلیدی
    حوزهی جدیدی از تحقیقات تبدیل شد
  • 1:45 - 1:46
    که رباتیک نرم نامیده میشود.
  • 1:46 - 1:49
    گروه تحقیقاتی من و همکارانی از سراسر جهان
  • 1:49 - 1:53
    در حال استفاده از قطعات نرمی هستند
    که از ماهیچه و پوست الهام گرفتهاند
  • 1:53 - 1:56
    تا رباتهایی با چابکی و مهارت بسازند
  • 1:56 - 1:58
    که نزدیک و نزدیکتر میشود
  • 1:58 - 2:01
    به توانمندیهای شگفتآور اندامهایی
    که در طبیعت یافت میشوند.
  • 2:02 - 2:06
    ماهیچههای زیستی به طور خاص
    همیشه الهامبخش من بودهاند.
  • 2:06 - 2:08
    خب، غافلگیرکننده نیست.
  • 2:08 - 2:12
    همچنین اتریشیام و میدانم صدایم کمی
    شبیه آرنولد، در ترمیناتور است.
  • 2:12 - 2:15
    (خنده)
  • 2:15 - 2:18
    ماهیچه زیستی، یک شاهکار واقعی تکامل است.
  • 2:18 - 2:20
    میتواند پس از آسیب، ترمیم شود
  • 2:20 - 2:22
    و به شدت با نورونهای حسی یکپارچه شده است
  • 2:22 - 2:24
    تا در حرکت از محیط بازخورد بگیرد.
  • 2:25 - 2:28
    میتواند با سرعت کافی منقبض
    شود تا به بالهای پرسرعت
  • 2:28 - 2:29
    مرغ مگسخوار نیرو دهد؛
  • 2:29 - 2:32
    میتواند به اندازه کافی قوی شود
    تا یک فیل را حرکت دهد؛
  • 2:32 - 2:36
    و به قدر کافی انطباقپذیر است
    که در بازوهای چندکاره
  • 2:36 - 2:37
    اختاپوس استفاده شود،
  • 2:37 - 2:40
    حیوانی که میتواند تمام بدنش را فشرده کند
    و از سوراخهای کوچک رد شود.
  • 2:41 - 2:45
    عملگرهای رباتها، همان
    ماهیچههای حیوانات هستند:
  • 2:45 - 2:47
    اجزای کلیدی بدن
  • 2:47 - 2:50
    که حرکت و تعامل با
    جهان را امکانپذیر میکنند.
  • 2:51 - 2:53
    پس اگر بتوانیم عملگرهای نرم بسازیم،
  • 2:53 - 2:55
    یا ماهیچههای مصنوعی،
  • 2:55 - 2:56
    که چندکاره، انطباقپذیر
  • 2:56 - 2:59
    و دارای عملکرد مشابه
    با نمونههای واقعی باشند،
  • 2:59 - 3:01
    میتوانیم تقریباً هر نوع رباتی
  • 3:01 - 3:02
    برای تقریباً هر استفادهای بسازیم.
  • 3:03 - 3:06
    تعجبآور نیست که چند دهه تلاش شده
  • 3:06 - 3:09
    که توانمندیهای شگفتآور ماهیچه تکرار شود،
  • 3:09 - 3:11
    اما این کار بسیار سخت بوده است.
  • 3:13 - 3:14
    حدود ۱۰ سال پیش،
  • 3:14 - 3:17
    وقتی در اتریش دکتری خواندم،
  • 3:17 - 3:19
    من و همکارانم چیزی را پیدا کردیم
  • 3:19 - 3:23
    که احتمالاً یکی از نخستین مقالات
    در مورد ماهیچه مصنوعی بود
  • 3:23 - 3:25
    که در سال ۱۸۸۰ چاپ شده بود.
  • 3:25 - 3:28
    《در مورد شکل و میزان تغییرات
    بدنههای دیالکتریک
  • 3:28 - 3:30
    ناشی از الکتریسیته》》
  • 3:30 - 3:33
    انتشار یافته توسط فیزیکدان آلمانی
    ویلهم رانتگن.
  • 3:33 - 3:36
    بیشتر شما او را به عنوان
    کاشف اشعه ایکس میشناسید.
  • 3:37 - 3:40
    با پیروی از دستورالعملهای او،
    ما از یک جفت سوزن استفاده کردیم.
  • 3:40 - 3:42
    آن را به منبع ولتاژ بالا متصل کردیم،
  • 3:42 - 3:44
    و کنار قطعهی شفاف لاستیکی قرار دادیم
  • 3:44 - 3:46
    که روی قابی پلاستیکی کشیده شده بود.
  • 3:47 - 3:49
    وقتی ولتاژ را برقرار کردیم،
  • 3:49 - 3:50
    لاستیک تغییر شکل یافت،
  • 3:50 - 3:54
    و درست مانند ماهیچههای دوسر
    که بازوهایمان را خم میکنند،
  • 3:54 - 3:56
    لاستیک قاب پلاستیکی را خم کرد.
  • 3:56 - 3:58
    شبیه به جادو است.
  • 3:58 - 4:00
    سوزنها حتی لاستیک را لمس نمیکنند.
  • 4:00 - 4:02
    حالا، استفاده از دو سوزن، یک راه عملی
  • 4:02 - 4:05
    برای کار با ماهیچههای مصنوعی نیست،
  • 4:05 - 4:08
    اما این آزمایش شگفتانگیز من
    را به این موضوع علاقهمند کرد.
  • 4:08 - 4:11
    من میخواستم راههای جدیدی برای
    ساخت ماهیچههای مصنوعی خلق کنم
  • 4:11 - 4:14
    که برای کاربردهای واقعی، خوب کار کنند.
  • 4:14 - 4:17
    در سالهای بعد، من بر روی
    فناوریهای متفاوتی کار کردم
  • 4:17 - 4:19
    که همگی نویدبخش بودند
  • 4:19 - 4:22
    اما همچنان چالشهایی داشتند
    که غلبه بر آنها دشوار بود.
  • 4:23 - 4:24
    در سال ۲۰۱۵،
  • 4:24 - 4:27
    وقتی آزمایشگاه خودم را در
    دانشگاه کلرادو بولدر تأسیس کردم،
  • 4:27 - 4:29
    میخواستم یک ایدهی
    کاملاً جدید را امتحان کنم.
  • 4:29 - 4:32
    میخواستم سرعت بالا و کارایی
  • 4:32 - 4:34
    عملگرهای الکتریکی را
  • 4:34 - 4:37
    با تطبیقپذیری عملگرهای
    نرم و سیال ترکیب کنم.
  • 4:37 - 4:39
    بنابراین، فکر کردم
  • 4:39 - 4:42
    شاید بتوانم از علم خیلی قدیمی
    در یک راه جدید استفاده کنم.
  • 4:42 - 4:44
    شکلی که میبینید
  • 4:44 - 4:47
    اثری را نشان میدهد
    که تنش ماکسول نام دارد.
  • 4:47 - 4:48
    وقتی دو صفحهی فلزی را
  • 4:48 - 4:50
    در یک مخزن روغن قرار میدهید،
  • 4:50 - 4:52
    و سپس ولتاژ را برقرار میکنید،
  • 4:52 - 4:56
    تنش ماکسول، روغن را
    به سمت بالای بین دو صفحه میراند،
  • 4:56 - 4:57
    و این چیزی است که میبینید.
  • 4:57 - 4:59
    پس ایدهی اصلی این بود که
  • 4:59 - 5:02
    آیا میتوانیم از این اثر
    برای فشار دادن روغنِ
  • 5:02 - 5:05
    موجود در سازههای کشش نرم استفاده کنیم؟
  • 5:05 - 5:07
    و البته، به طرز شگفتآوری خوب عمل کرد،
  • 5:07 - 5:10
    صادقانه بگویم، بسیار
    بهتر از آنچه انتظار داشتم.
  • 5:10 - 5:12
    به همراه گروه عالی دانشجویانم،
  • 5:12 - 5:14
    از این ایده به عنوان نقطه
    شروع استفاده کردیم
  • 5:14 - 5:18
    تا فناوری جدیدی به نام ماهیچههای
    مصنوعی هِیزِل توسعه دهیم.
  • 5:18 - 5:21
    هیزلها به اندازه کافی ظریف
    هستند که یک تمشک را بردارند
  • 5:21 - 5:23
    بدون این که به آن آسیب برسانند.
  • 5:25 - 5:28
    میتوانند مانند ماهیچهی واقعی،
    منبسط و منقبض شوند.
  • 5:30 - 5:32
    و میتوانند بسیار سریعتر
    از نمونهی واقعی عمل کنند.
  • 5:33 - 5:36
    همچنین میتوانند بزرگ شوند
    تا نیروهای بزرگی را انتقال دهند.
  • 5:36 - 5:39
    اینجا آنها را میبینید که یک
    بشکه پر از آب را بلند میکنند.
  • 5:39 - 5:42
    همچنین میتوانند برای حرکت دادن
    یک بازوی رباتیک استفاده شوند،
  • 5:42 - 5:44
    حتی میتوانند موقعیت خودشان را حس کنند.
  • 5:45 - 5:48
    هیزلها میتوانند برای حرکات
    بسیار دقیق استفاده شوند،
  • 5:49 - 5:52
    اما توانایی انتقال حرکات
    سیال و ماهیچه مانند
  • 5:52 - 5:55
    و انفجار قدرت برای شوت کردن
    یک توپ به هوا را نیز دارند.
  • 5:57 - 5:59
    با غرق شدن در روغن،
  • 6:01 - 6:04
    ماهیچههای مصنوعی
    هیزل میتوانند نامرئی شوند.
  • 6:08 - 6:10
    پس ماهیچههای مصنوعی
    هیزل چگونه کار میکنند؟
  • 6:11 - 6:12
    شاید غافلگیر شوید.
  • 6:12 - 6:15
    آنها از مواد ارزان و
    در دسترس ساخته میشوند.
  • 6:15 - 6:18
    میتوانید امتحان کنید و پیشنهاد میکنم
  • 6:18 - 6:19
    اصل اولیه را در خانه امتحان کنید.
  • 6:20 - 6:23
    چند پاکت زیپدار را با روغن زیتون پر کنید.
  • 6:23 - 6:25
    سعی کنید هر چقدر میتوانید
    حبابهای هوا را خارج کنید.
  • 6:26 - 6:29
    حالا یک بشقاب شیشهای را
    بر روی یک سطح پاکت قرار دارید.
  • 6:29 - 6:31
    وقتی که آن را فشار میدهید،
    پاکت منقبض میشود.
  • 6:32 - 6:34
    حالا مقدار انقباض، قابل کنترل است.
  • 6:35 - 6:38
    وقتی وزن کمی وارد میکنید،
    کمی منقبض میشود.
  • 6:38 - 6:41
    با وزن متوسط، انقباض متوسط داریم.
  • 6:42 - 6:45
    و با وزن زیاد، انقباض زیاد داریم.
  • 6:45 - 6:48
    حالا برای هیزلها، تنها تفاوت این
    است که نیروی دست شما
  • 6:48 - 6:52
    یا وزن، با یک نیروی
    الکتریکی جایگزین میشود.
  • 6:52 - 6:57
    هیزل مخففِ "عملگرهای الکترواستاتیک
    خودترمیمشونده تقویتشده هیدرولیکی" است.
  • 6:57 - 7:00
    اینجا یک طرح هندسی را
    به نام عملگرهای پئانو-هیزل میبینید،
  • 7:00 - 7:02
    یکی از چندین طرح ممکن.
  • 7:03 - 7:07
    دوباره، یک پلیمر انعطافپذیر
    مانند پاکت زیپدار برمیدارید،
  • 7:07 - 7:10
    آن را با یک مایع عایق
    مانند روغن زیتون پر میکنید،
  • 7:10 - 7:11
    و حالا، به جای بشقاب شیشهای،
  • 7:11 - 7:14
    یک هادی الکتریسیته را روی
    یک طرف کیسه قرار میدهید.
  • 7:15 - 7:18
    برای ساختن چیزی که بیشتر
    شبیه به بافت ماهیچه به نظر برسد،
  • 7:18 - 7:20
    میتوانید چند کیسه را به هم متصل کنید
  • 7:20 - 7:22
    و وزنهای را به یک طرف متصل کنید.
  • 7:22 - 7:23
    بعد، ولتاژ را اعمال میکنیم.
  • 7:24 - 7:27
    حالا یک میدان الکتریکی
    روی مایع عمل میکند.
  • 7:27 - 7:29
    مایع را جابجا میکند،
  • 7:29 - 7:31
    و به ماهیچه نیرو میدهد تا منقبض شود.
  • 7:33 - 7:35
    اینجا یک عملگر پئانو-هیزل
    تکمیلشده را میبینید
  • 7:35 - 7:39
    و این که چگونه با اعمال ولتاژ،
    منبسط و منقبض میشود.
  • 7:39 - 7:41
    اگر از یک طرف به آن نگاه کنید،
  • 7:41 - 7:44
    میتوانید ببینید که آن کیسهها
    شکل استوانهای به خود گرفتهاند،
  • 7:44 - 7:46
    همان چیزی که با
    پاکتهای زیپدار دیده بودیم.
  • 7:46 - 7:50
    همچنین میتوانیم بافتهای ماهیچهای
    بیشتری را کنار هم قرار دهیم
  • 7:50 - 7:52
    تا چیزی بسازیم که بیشتر شبیه
    به یک ماهیچه به نظر برسد
  • 7:52 - 7:55
    که آن هم در مقاطعی، منبسط و منقبض میشود.
  • 7:55 - 7:58
    این هیزلها، وزنی را بلند میکنند
    که ۲۰۰ برابر سنگینتر
  • 7:58 - 7:59
    از وزن خودشان است.
  • 8:01 - 8:04
    اینجا یکی از جدیدترین طرحهایمان را
    میبینید که هیزلهای رُبع دونات نام دارد
  • 8:04 - 8:06
    و این که چگونه منبسط و منقبض میشوند.
  • 8:06 - 8:09
    آنها میتوانند بسیار سریع عمل کنند
    و به سرعتهای فراانسانی برسند.
  • 8:11 - 8:14
    حتی اینقدر قوی هستند که میتوانند بپرند.
  • 8:14 - 8:16
    (خنده)
  • 8:17 - 8:20
    در مجموع، هیزلها این نوید را
    میدهند که به اولین فناوری بدل شوند
  • 8:20 - 8:24
    که برابر یا فراتر از عملکرد
    ماهیچههای زیستی هستند
  • 8:24 - 8:27
    در حالی که امکان
    تولید انبوه را نیز دارند.
  • 8:27 - 8:30
    البته فناوری بسیار جوانی است.
    ما تازه داریم شروع میکنیم.
  • 8:30 - 8:33
    ایدههای زیادی داریم برای این که
    چگونه عملکرد را به شدت بهبود دهیم،
  • 8:33 - 8:37
    با استفاده از مواد جدید و طراحیهای
    جدید تا به سطحی از عملکرد برسیم
  • 8:37 - 8:41
    که فراتر از ماهیچههای زیستی و همچنین
    فراتر از موتورهای الکتریکی سخت سنتی باشد.
  • 8:42 - 8:46
    در حرکت به سمت طراحیهای پیچیدهتری
    برای هیزل الهامگرفته از زیست،
  • 8:46 - 8:47
    اینجا عقرب مصنوعی ما را میبینید
  • 8:47 - 8:50
    که میتواند از دُم خود برای
    شکار طعمه استفاده کند،
  • 8:50 - 8:52
    که در این مورد، یک بالن لاستیکی است.
  • 8:52 - 8:52
    (خنده)
  • 8:52 - 8:55
    با بازگشت به الهام اولیهمان،
  • 8:55 - 8:57
    انطباقپذیری بازوهای اختاپوس و بدن فیل،
  • 8:57 - 9:00
    حالا قادریم عملگرهای نرم پیوستهای بسازیم
  • 9:00 - 9:03
    که به توانمندیهای اعضای واقعی،
    نزدیک و نزدیکتر میشوند.
  • 9:06 - 9:09
    من خیلی هیجانزدهام برای کاربردهای عملی
  • 9:09 - 9:11
    ماهیچههای مصنوعی هیزل.
  • 9:11 - 9:13
    آنها دستگاههای رباتیک نرم
    را قادر میسازند
  • 9:13 - 9:15
    که بتوانند کیفیت زندگی را بهتر کنند.
  • 9:15 - 9:19
    رباتیک نرم، نسل جدیدی از اعضای مصنوعی
    شبیه به واقعیت را تحقق میبخشد
  • 9:19 - 9:21
    برای افرادی که اعضای بدن
    خود را از دست دادهاند.
  • 9:21 - 9:23
    اینجا چند هیزل را
    در آزمایشگاه من میبینید،
  • 9:23 - 9:26
    آزمایش اولیه حرکت یک انگشت مصنوعی.
  • 9:28 - 9:31
    یک روز شاید حتی بدنهایمان را
    با اعضای رباتیک ادغام کنیم.
  • 9:33 - 9:35
    میدانم که در نگاه اول
    خیلی ترسناک به نظر میرسد.
  • 9:37 - 9:39
    اما وقتی به پدربزرگها
    و مادربزرگهایمان فکر میکنم.
  • 9:39 - 9:42
    و طوری که بیشتر به دیگران وابسته میشوند
  • 9:42 - 9:46
    تا کارهای روزمره ساده مانند
    دستشویی رفتن را انجام دهند،
  • 9:46 - 9:48
    اغلب فکر میکنند که به
    یک سربار تبدیل میشوند.
  • 9:49 - 9:52
    با رباتیک نرم، ما قادر به ارتقاء و بازیابی
  • 9:52 - 9:54
    چابکی و مهارت خواهیم بود،
  • 9:54 - 9:57
    و به این ترتیب به افراد مسنتر
    کمک کنیم استقلال خود را
  • 9:57 - 9:59
    در مدت بیشتری از زندگی حفظ کنند.
  • 9:59 - 10:02
    شاید بتوانیم آن را
    "رباتیک و ضدپیری" بنامیم
  • 10:03 - 10:05
    یا حتی مرحله بعدی از تکامل انسان.
  • 10:07 - 10:10
    بر خلاف همتایان سنتی سخت خود،
  • 10:10 - 10:15
    رباتهای شبهواقعی نرم، به شکل امن کنار
    مردم عمل کرده و به ما در خانه کمک میکنند.
  • 10:16 - 10:19
    رباتیک نرم حوزه بسیار جوانی است.
    ما تازه داریم شروع میکنیم.
  • 10:19 - 10:22
    امیدوارم بسیاری از جوانان با سوابق مختلف
  • 10:22 - 10:24
    به ما در این سفر جذاب ملحق شوند
  • 10:24 - 10:26
    و به ایجاد آیندهای از رباتیک
  • 10:26 - 10:29
    با معرفی مفاهیم جدید
    الهامگرفته از طبیعت کمک کنند.
  • 10:31 - 10:32
    اگر این کار را درست انجام دهیم،
  • 10:32 - 10:34
    میتوانیم کیفیت زندگی را
  • 10:34 - 10:35
    برای همه بهتر کنیم.
  • 10:35 - 10:37
    سپاسگزارم.
  • 10:37 - 10:41
    (تشویق)
Title:
ماهیچه‌های مصنوعی که به ربات‌های آینده نیرو می‌بخشند
Speaker:
کریستوف کپلینگر
Description:

مغزهای ربات‌ها هوشمندتر و هوشمندتر می‌شوند، اما بدن‌های آن‌ها اغلب همچنان سنگین و ناکارآمد هستند. مهندس مکانیک، کریستوف کپلینگر، در حال طراحی نسل جدیدی از ربات‌های نرم و چابک است که از یک شاهکار تکامل الهام گرفته‌اند: ماهیچه‌ی زیستی. این "ماهیچه‌های مصنوعی" را ببینید که مانند ماهیچه‌های واقعی منبسط و منقبض می‌شوند و به سرعت‌های انسانی می‌رسند -- و بیاموزید چگونه آن‌ها می‌توانند نیروبخش اعضای مصنوعی قوی‌تر و کارآمدتر از اندام‌های انسانی باشند.
more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TEDTalks
Duration:
10:54

  • Mirjana Čutura

    Please note that the TEDx version of Christoph Keplinger’s talk is now available for translation.

    https://amara.org/en/videos/iLOizbB3zMfP/info/artificial-muscles-for-a-new-generation-of-lifelike-robots-christoph-keplinger-tedxmilehigh/

    Best,

    Mirjana

Persian subtitles

Revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.