Ավելի հարմար փորձառության համար կարող եք տեղադրել մեր հավելվածը անմիջապես ձեր բրաուզերից։
Պարտադիր չէ, որ ռոբոտը կոշտ մետաղական կառուցվածք ունենա։ Փափուկ ռոբոտաշինության մեջ հետազոտողները կիրառում են ճկուն նյութեր՝ ստեղծելու սարքեր, որոնք կարող են ծռվել, ձգվել և հարմարվել միջավայրին։
Ա․ Նալբանդյանի անվան Քիմիական ֆիզիկայի ինստիտուտի, Աշտարակի Ռադիոֆիզիկայի և էլեկտրոնիկայի ինստիտուտի ու Տալլինի տեխնոլոգիական համալսարանի գիտնականներն ուսումնասիրել են էլաստիկ պոլիմերային նյութի (Elastic 50A) հատկությունները՝ գնահատելով դրա հնարավոր կիրառությունն արհեստական մկաններում։
Հետազոտողներն արդյունքներն ամփոփել են iScience գիտական ամսագրի՝ 2026թ, հուլիսի 17-ին հրապարակած հոդվածում։
Մոտ երկու տարի առաջ Քիմիական ֆիզիկայի ինստիտուտի գիտաշխատողները որոշեցին ստեղծել թռչող մոծակներ, որոնք էներգիա կստանային արևից, կունենային ճկուն թևեր և կկարողանային կրկնօրինակել իրական միջատների շարժումները։
Ինչպես պատմում է ինստիտուտի Եռաչափ տպագրության հետազոտական լաբորատորիայի վարիչ, տեխնիկական գիտությունների դոկտոր Մարինա Աղայանը՝ գիտնականների առջև դրված խնդիրներից մեկը մոծակների թևերի համար այնպիսի նյութի ընտրությունն էր, որը կլիներ թեթև, ճկուն, դիմացկուն և արագ շարժվելու հնարավորություն կտար։
Այստեղ օգնության են գալիս արհեստական մկանները։ Դրանք հատուկ նյութերից պատրաստված համակարգեր են, որոնք կարողանում են էլեկտրական էներգիան վերածել շարժման՝ նմանակելով իրական մկանների աշխատանքին։
Այդպիսի նյութերից է դիէլեկտրիկ էլաստոմերը։ Դա ճկուն, ռետինանման նյութ է, որն էլեկտրական լարման ազդեցությամբ փոխում է ձևը, իսկ լարումը փոխելիս կարող է կրկնվող շարժումներ կատարել։ Հենց այս հատկությունն էլ հնարավորություն է տալիս այն օգտագործել որպես արհեստական մկան։
Եթե սովորական ռոբոտների շարժումն ապահովում են շարժիչներն ու մեխանիկական համակարգերը, ապա դիէլեկտրիկ էլաստոմերների դեպքում շարժումն առաջանում է հենց նյութի դեֆորմացիայի շնորհիվ։ Դրանց օգնությամբ հնարավոր է ստեղծել փոքրիկ թռչող սարքեր, որոնք թևերը կթափահարեն միջատների թևերի նման։ Սակայն մոծակի չափերի հասնող նման ռոբոտ ստեղծելը հեշտ չէ․ անհրաժեշտ է ապահովել թևերի շատ արագ շարժումը, նվազեցնել էներգիայի ծախսը և միաժամանակ պահպանել նյութի ամրությունն ու ճկունությունը։
Արհեստական մկաններն այսօր հետազոտվում և կիրառվում են ռոբոտաշինության տարբեր ուղղություններում՝ արհեստական ձեռքերից ու փափուկ ռոբոտներից մինչև կենդանիների շարժումները կրկնօրինակող սարքեր։ Իսկ թռչող մոծակների գաղափարը ցույց է տալիս, թե ինչպես կարող են նոր նյութերն ու բնությունից վերցված լուծումները միավորվել՝ ստեղծելու տեխնոլոգիաներ, որոնք նախկինում գիտաֆանտաստիկայի ոլորտից էին թվում։
Մարինա Աղայանի և գործընկերների հետազոտության վերջնական նպատակն, այսպիսով, ռոբոտ-մոծակներ ստանալն է, բայց գիտնականները դեռևս աշխատում են հումքի բացահայտման, փորձարկման ու կատարելագործման վրա։
Թեև մոծակների թռիչքը լաբորատորիայից դուրս բերելու համար դեռ երկար ճանապարհ կա անցնելու, գիտնականները շեշտում են, որ հետազոտության արդյունքները միայն նախնական նպատակին չէ, որ կարող են ծառայել։
«Գիտությունն այնպիսի բան է, որ միշտ չէ, որ բոլոր ծրագրերդ հաջողվում են։ Բայց եթե չհաջողվի էլ, այն շատ տեղեր կիրառություն կարող է ունենալ, օրինակ՝ արհեստական ձեռքերի համար․ թեթև էլեկտրական ազդակներից այդ ձեռքը կարող է տարբեր կարգավորվող շարժումներ անել»։
Արհեստական մկանների միջուկները գիտնականները այս հետազոտությունում ստացել են սինթետիկ պոլիմերներից։ Պոլիմերները նյութեր են, որոնց մոլեկուլները կազմված են իրար միացած բազմաթիվ փոքր, կրկնվող միավորներից։
«Ինֆոքոմի» հետ զրույցում ինստիտուտի Ֆունկցիոնալ նյութերի խմբի ղեկավար, ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր Արևիկ Ասատրյանը մանրամասնում է, որ տարբեր նյութերի տեսական ուսումնասիրության արդյունքում կանգ առան էլաստիկ պոլիմերի (Elastic 50A) վրա։
«Տարբեր հատկություններ ենք հաշվի առնում, օրինակ՝ մեխանիկական հատկությունները շատ կարևոր են, այսինքն՝ որքանով է թաղանթը ձգվում, որքանով է վերականգնում իր սկզբնական ձևը և ձգման քանի ցիկլի կարող է դիմանալ առանց վնասվելու։ Սրանք տարբեր հարցեր են, որոնցից յուրաքանչյուրին պատասխանելու համար երկար հետազոտություններ ենք անում»։
Էլաստիկ պոլիմերը հեղուկ խեժ է, որն ուլտրամանուշակագույն լույսի ազդեցությամբ պնդանում է։ Հենց այս նյութն էլ գիտնականներն օգտագործել են որպես արհեստական մկանի հումք։
Քիմիական ֆիզիկայի ինստիտուտում գիտնականները երկու եղանակով են ստանում թաղանթները․ առաջին տարբերակը՝ հատուկ սարքով, որի վրա լցվում է հեղուկը, պտտեցվում, ապա ստացվում է հարթ մակերեսով թաղանթ։ Երկրորդ տարբերակը՝ գիտնականները համակարգչում մոդելավորում են պատկերը՝ եռաչափ տպիչով շերտ առ շերտ ստանալով արհեստական մկանի միջուկը՝ ռետինե թաղանթը։
Էլաստիկ պոլիմերից պատրաստված այս թաղանթը էլեկտրականություն չհաղորդող, փափուկ ռետին է։
Թաղանթի երկու մակերեսներին քսվում է էլեկտրահաղորդիչ ածխածնային քսուք՝ ձևավորելով ճկուն էլեկտրոդներ։ Երբ թաղանթին տրվում է լարում, հակադիր լիցքեր են կուտակվում, որի հետևանքով տարբեր պոլիմերների հակադիր բևեռները՝ դրական և բացասական, հայտնվելով իրար մոտ, ձգում են իրար, և մեջտեղի ռետինը սեղմվում է։ Քանի որ ռետինի ծավալը չի փոխվում, հաստությամբ սեղմվելիս այն մակերեսով ձգվում է դեպի հակառակ կողմեր։
Իսկ երբ էլեկտրական հոսանք չի հաղորդվում, լիցքերը չեզոքանում են, ու ռետինն իր առաձգականության շնորհիվ վերադառնում է սկզբնական ձևին։ Այս էլեկտրական կծկումն ու թուլացումն էլ հենց նմանվում է մարդկային մկանների աշխատանքին։
Երբ գիտնականները երկու տարբերակով ստացան էլաստիկ պոլիմերի նմուշները, նկատեցին նաև, որ ստացման եղանակներն ազդում են մկանի աշխատանքի արդյունավետության վրա։
Ի տարբերություն, օրինակ, հատուկ սարքով ստացվող միատարր թաղանթների, 3D տպիչը նյութը դասավորում է շերտ առ շերտ։ Այդ շերտերի սահմաններում առաջանում են անհամասեռություններ, որոնցում կուտակվում են էլեկտրական լիցքեր և ձևավորում հավելյալ բևեռային խմբեր։
«Այդ շերտային սահմաններին լիցքերի կուտակման շնորհիվ դիէլեկտրիկ թափանցելիությունը մեծանում է, որի շնորհիվ ավելի փոքր լարում կարող ես տալ, որպեսզի նույն դեֆորմացիան ստանաս»։
Դիէլեկտրիկ թափանցելիությունն այն է, թե որքանով է նյութն էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ բևեռանում և էներգիա կուտակում։
Սրան զուգահեռ՝ գիտնականները պարզեցին, որ էլաստիկ պոլիմերի հաստությունը ևս ազդում է մեխանիկական ուժի արդյունքի վրա։ Երբ այն բարակ է, ավելի քիչ էլեկտրական լարում է պահանջվում, որպեսզի վերևի ու ներքևի շերտերը սեղմեն նրան։ Հոդվածում գիտնականների՝ եռաչափ տպագրությամբ ստացած ամենաբարակ՝ 0.50 միլիմետր ռետինե շերտը ամենաարդյունավետն էր այս տեսանկյունից։
Արևիկ Ասատրյանն ու Մարինա Աղայանն «Ինֆոքոմին» պատմում են, սակայն, որ իրենց հոդվածի տպագրությունից հետո, շարունակելով հետազոտությունը, պարզել են, որ չափազանց բարակ պոլիմերը ևս անարդյունավետ է, քանի որ նյութի որակը կտրուկ վատանում է։
Մարինա Աղայանը բացատրում է, որ պոլիմերն ունի խոշոր մոլեկուլային շղթաներ, իսկ երբ թաղանթի հաստությունը դառնում է մոլեկուլից փոքր, մոլեկուլները «տեղ չեն ունենում» ազատ դիրքավորվելու ու կապեր կազմելու համար, ուլտրամանուշակագույն լույսի տակ պոլիմերացումը (պնդացումը) լրիվ չի ընթանում, առաջանում են դեֆեկտներ, և նյութը կպչուն ու կիսաջրիկ է մնում։
Այս հատկությունները վերլուծելուց հետո գալիս է հետազոտության հաջորդ փուլը․ ստուգվում են նյութի էլեկտրական հատկությունները։
Երբ նմուշները տպագրված ու պատրաստ են, Արևիկ Ասատրյանը դրանք տանում է Աշտարակում գտնվող Ռադիոֆիզիկայի և էլեկտրոնիկայի ինստիտուտ ու գործընկերների հետ ստուգում դրանց էլեկտրական հատկությունները։
Օրինակ՝ պետք է ստուգել էլեկտրական բարձր լարումը «կծակի՞» ռետինե թաղանթը։
«Էլեկտրական ծակումը կայծակի նման է աշխատում․ երբ շատ մեծ լարում է ձևավորվում, օդը, որ հաղորդիչ չէ, դառնում է հաղորդիչ։ Նույն ձևով մեր պոլիմերում, երբ մեծ լարում ես կիրառում, օրինակ՝ 5 կիլովոլտից բարձր, կայծը անցնում է պոլիմերի միջով ու ծակում այն։ Եթե թաղանթը ձգեք, այդ անցքը կտեսնեք»։
Չափումները ցույց են տվել նաև, որ 1 ՄՀց-ի համեմատ ավելի ցածր՝ 100 կՀց հաճախականության դեպքում պոլիմերի երկար մոլեկուլները կարողանում են հասցնել լիովին կողմնորոշվել էլեկտրական դաշտում։
Ավելի բարձր հաճախականության դեպքում մեծ մոլեկուլները չեն հասցնում կողմնորոշվել էլեկտրական դաշտում, ինչի արդյունքում նվազում է պոլիմերի աշխատանքի արդյունավետությունը։
Այդ արդյունավետությունը կախված է նաև պոլիմերի ջերմաստիճանից։ Գիտնականները փորձերի ընթացքում դրա ջերմաստիճանը բարձրացրել են մինչև 38-40 աստիճան։ Սակայն դիտարկումները ցույց են տվել, որ այդ ջերմաստիճանում էլաստիկ պոլիմերը անոմալ հատկություններ է ցույց տալիս։ Դա հետագայում կարող է ազդել նաև ռոբոտի վրա, այսինքն՝ եթե շատ շոգ լինի, նյութը և հետևաբար ռոբոտը պարզապես չեն կարողանա աշխատել։
Քանի որ գիտնականները դեռևս տարբեր ջերմաստիճաններում չեն փորձարկել արհեստական մկանը, հստակ սահման չկա՝ որ ջերմաստիճանում է այն ավելի լավ աշխատում, սակայն, Արևիկ Ասատրյանի խոսքով, սենյակային ջերմաստիճանում պոլիմերն առհասարակ պահպանում է անհրաժեշտ հատկությունները։
Արևիկ Ասատրյանը բացատրում է, որ էլաստիկ պոլիմերի արդյունավետությունը բարձրացնելու համար պետք է դրան տարբեր նյութեր հավելել և չափումներով ստուգել արդյունքները։
Գիտնականներն արդեն հասցրել են պոլիմերում ավելացնել բարիումի տիտանատ (կերամիկական բյուրեղային նյութ է՝ սպիտակ փոշի) և սիլիցիումի փոշի (անօրգանական սև փոշի է)։
Աշխատանքին զուգահեռ գիտնականները նաև մշակում են հաջորդ գիտական հոդվածի նախնական տարբերակը, և, ինչպես Արևիկ Ասատրյանն է նշում, դրանում գտնվող աղյուսակների յուրաքանչյուր տողի հետևում առանձին փորձ կամ փորձերի շարք է։
Սակայն երկու գիտնականներն էլ ընդգծում են՝ ինստիտուտում այդ երկար աշխատանքը, երբեմն չստացված փորձերն ու չհաստատված վարկածներն առօրյայի սովորական մասն են։
«Իրականում գիտության մեջ չկա դժվարություն։ ․․․ Հետաքրքիրն այն է, որ այդ պահին քեզ կարող է թվալ, թե ոչինչ չի ստացվել, բայց հետո պարզվի՝ դա մեկ այլ տեղ կիրառություն կունենա»։
Արևիկ Ասատրյանն էլ է համաձայնում գործընկերոջ հետ։
«Չստացած փորձն էլ է փորձ։ ․․․ Նույնիսկ անհաջողության ժամանակ ուրախանում ենք, որովհետև տեսնում ենք, որ կոնկրետ այս բանը պիտի բացառես, արդեն գիտես դրա մասին»։
Էլաստիկ պոլիմերի հատկությունները դեռևս պետք է բարելավել։ Դրանում ինչպես Արևիկ Ասատրյանն ամփոփում է, կարող են օգնել նաև մեզ հայտնի օրիգամիները․ դրանց կառուցվածքը գիտնականներն օգտագործում են արհեստական մկաններ ստանալու համար։ Երբ արհեստական մկանները մոդելավորվում են օրիգամիների նմանությամբ, շարժվելիս ավելի ճկուն են դառնում։
Թռչող մոծակներին հասնելու ճանապարհը շարունակվում է․ ռետինե թաղանթը պետք է կատարելագործել, որպեսզի երկար ժամանակ պահպանի ճկունությունը, շատ չպնդանա ու պատրաստ լինի ռոբոտների աշխատանքի համար։
Լուսանկարները՝ Նարե Առուշանյանի
Կարդացեք նաև «Հանրագիտ» շարքի նախորդ հոդվածը՝ «Դեր, որը դու չես որոշում․ ինչպե՞ս է Հայաստանը դիրքավորվել միջազգային հարաբերություններում 2008-2022 թվականներին | Հանրագիտ»
«Հանրագիտ» շարքն իրականացվում է «Երիտասարդ գիտնականների աջակցության ծրագրի» (ԵԳԱԾ) ֆինանսավորմամբ։
