Inżynierowie z Politechniki Koszalińskiej stworzyli innowacyjny kręgosłup dla robota humanoidalnego, inspirowany budową ludzkiego ciała. Ich rozwiązanie, chronione patentem i nominowane do konkursu Eureka, to przykład nowoczesnej bioniki, która czerpie z doskonałości natury. To nie tylko przełom w projektowaniu robotów – to także krok w stronę nowych zastosowań w medycynie, rehabilitacji czy inżynierii sensorycznej.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak działa samonośny kręgosłup robota humanoidalnego inspirowany ludzką anatomią.
- W jaki sposób wielopunktowy przegub poprawia elastyczność i precyzję ruchu robotów.
- Gdzie mogą znaleźć zastosowanie nowe rozwiązania z zakresu bioniki – od rehabilitacji po przemysł.
- Jakie korzyści dla medycyny i technologii niesie rozwój sensorycznej sztucznej inteligencji.
Technologia inspirowana biologią – fundament bioniki
Bionika to interdyscyplinarna dziedzina nauki, która poszukuje analogii między światem przyrody, a inżynierią. Rozwiązania biologiczne, udoskonalane przez miliony lat ewolucji, coraz częściej stają się źródłem inspiracji dla konstruktorów i naukowców.
Jeszcze do niedawna uważano, że ze świata ożywionego do świata techniki niewiele da się przenieść. Przeszkodą miała być różnica materiałów, cech, funkcji – przyznaje prof. dr hab. inż. Wojciech Kacalak z Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Energetyki Politechniki Koszalińskiej. Później okazało się, że postęp w technice przyniósł rozwiązania lepsze niż te, które przez miliony lat kształtowała natura. I odwrotnie: w świecie ożywionym jest mnóstwo doskonałych rozwiązań, które warto naśladować, projektując urządzenia czy procesy przemysłowe.
Właśnie na tym założeniu oparto projekt samonośnego kręgosłupa robota humanoidalnego – układu, który imituje funkcje ludzkiego kręgosłupa i mięśni, zapewniając robotom elastyczność oraz płynność ruchu.
Kręgosłup dla robota – klucz do elastyczności
Nowatorska konstrukcja powstała w zespole pod kierunkiem prof. Wojciecha Kacalaka, przy współudziale dr hab. inż. Zbigniewa Budniaka, prof. PK oraz dr inż. Moniki Szady-Borzyszkowskiej. Kręgosłup składa się z elastycznych, modułowych członów, które można indywidualnie konfigurować w zależności od potrzeb robota lub użytkownika.
Przez środek konstrukcji biegnie kanał na systemy sterujące, a we wnętrzu umieszczono toroidalne elementy sprężyste. Gdy kręgosłup robota się zgina, te elementy ulegają odkształceniu, a następnie samoczynnie prostują strukturę, imitując działanie ludzkich mięśni.
W ciele człowieka to właśnie mięśnie prostują kręgosłup i decydują o sprężystości sylwetki – podkreśla prof. Kacalak. Tu mamy kręgosłup i wbudowany mechanizm samoprostowania w jednym.
Modułowa budowa jest nie tylko funkcjonalna, lecz także ergonomiczna – człony mocowane są zatrzaskowo, co upraszcza montaż. To rozwiązanie nie tylko udoskonala sposób poruszania się robotów humanoidalnych, ale znajduje też zastosowania w:
- konstrukcji egzoszkieletów wspomagających człowieka,
- rehabilitacji po urazach kręgosłupa,
- dydaktyce (np. jako pomoc naukowa),
- urządzeniach do inspekcji miejsc niebezpiecznych (np. roboty pełzające do pracy w rurach lub strefach zagrożonych wybuchem).
Wielopunktowy przegub – płynność jak w ludzkim stawie
Drugim rozwiązaniem opracowanym przez zespół prof. Kacalaka jest wielopunktowy przegub przypominający działaniem ludzki staw. Także on objęty został ochroną patentową. Głównym jego zadaniem jest zapewnienie robotowi elastyczności, płynności ruchu oraz zdolności adaptacyjnych do warunków zewnętrznych.
Przegub składa się z kulistej powierzchni wewnętrznej oraz elastycznego mieszka z wypustkami, w których osadzono kulki. Po wypełnieniu mieszka płynem lub żelem oraz wprowadzeniu nurnika, wzrasta ciśnienie, a kulki dopasowują się do powierzchni, umożliwiając ruch.
Użytkownik może regulować sztywność przegubu, sterując ciśnieniem, co przekłada się na:
- brak luzu w przegubach robota,
- tłumienie drgań,
- adaptację do zmian otoczenia,
- precyzję i płynność ruchu.
To innowacyjne rozwiązanie ma szerokie możliwości zastosowania:
- w robotach i egzoszkieletach,
- w konstrukcji bionicznych endoprotez (np. stawu kolanowego lub łokciowego),
- w zawieszeniach pojazdów,
- w urządzeniach do transportu delikatnych przedmiotów,
- w minirobotach o wysokiej czułości sensorycznej.
Taki przegub mógłby sprawdzić się także w zawieszeniu samochodu, czy np. w wózkach transportowych służących do przewożenia przedmiotów wrażliwych na drgania – zaznacza prof. Kacalak.
Nowy kierunek – sensoryczna sztuczna inteligencja
Prof. Kacalak prognozuje, że w najbliższych latach, obok dynamicznego rozwoju AI, istotną rolę odegra także cybernetyzacja otoczenia i rozwój tzw. sensorycznej sztucznej inteligencji – systemów, które będą w stanie reagować na bodźce w sposób zbliżony do organizmów żywych.
Już teraz roboty wspierają medycynę, przemysł, edukację czy działania ratunkowe. Innowacje opracowane na Politechnice Koszalińskiej mogą jeszcze bardziej zbliżyć konstrukcje mechaniczne do biologicznych, zwiększając ich funkcjonalność, bezpieczeństwo i zastosowanie w środowisku człowieka.
Główne wnioski
- Zespół z Politechniki Koszalińskiej opracował innowacyjny kręgosłup robota humanoidalnego, składający się z elastycznych modułów i toroidalnych elementów sprężystych, który umożliwia płynne, samoczynne prostowanie konstrukcji.
- Wielopunktowy przegub przypominający działanie ludzkich stawów pozwala sterować sztywnością i tłumić drgania dzięki elastycznemu mieszkowi i regulowanemu ciśnieniu.
- Oba wynalazki są chronione patentami i zostały nominowane do konkursu Eureka organizowanego przez „Dziennik-Gazetę Prawną”.
- Możliwe zastosowania obejmują robotykę, egzoszkielety, bioniczne endoprotezy, rehabilitację oraz urządzenia do pracy w warunkach zagrożenia lub precyzyjnego transportu.
Źródło:
- Politechnika Koszalińska
