В Образовательном центре «Сириус» в ходе научно-технологической программы «Большие вызовы» участники развивали направление мягкой робототехники и создавали модель роботизированной руки, которая двигается аналогично человеческой благодаря считыванию датчиками импульсов от мышц. Это приспособление возможно использовать при реабилитации человека и работы с веществами, опасными для живых организмов. Разработка велась по направлению «Природоподобные и нейротехнологии» совместно с Национальным исследовательским центром «Курчатовский институт».
Мягкая робототехника – новое направление, связанное с конструированием и созданием робототехнических систем из мягких материалов. Такие роботы более гибкие и адаптируемые, а также они более безопасны при взаимодействии с человеком и хрупкими предметами.
Команда проекта «Стимул-чувствительные материалы и актуаторы для мягкой робототехники» создавали манипулятор, подобный человеческой руке. Это устройство необходимо для работы в условиях, опасных для человека, а также в случаях, когда присутствие человека невозможно. Аналоги этого устройства на сегодняшний день существуют только в жесткой робототехнике.
«Мы развиваем мягкую робототехнику, которая в России только появляется, – рассказала руководитель проекта, лаборант-исследователь лаборатории полимерных материалов Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобные технологии НИЦ “Курчатовский институт” Кристина Базылева. – Мы работаем над созданием роботизированной руки, которую можно использовать как манипулятор во вредных или травмоопасных для человека условиях. Если же надевать мягкие пальцы не на каркас, а на человека, их можно использовать как систему реабилитации. Основной плюс мягкой робототехники в том, что она комфортнее и безопаснее для человека, чем жесткая робототехника и аппараты из твердых материалов».
Рука, разрабатываемая и изготавливаемая командой проекта, повторяет движения человеческой, к которой подключены датчики. Датчики снимают импульсы с мышц, передают полученную информацию на контроллер Arduino, он подает сигналы клапану, создающему давление на силиконовых мышцах и пальцах.
«Нашу руку можно будет использовать в лабораториях или других помещениях, где требуется взаимодействие человека с вредными реагентами, – объяснил школьник из Самары Михаил Минеев. – Мы использовали датчики, считывающие активность мышц, на руку человека, а роботизированная способна повторять движения. Аппарат обладает мягкими участками, которыми он контактирует с предметами: у руки мягкие пальцы и ладонь, созданные из силикона. Движениями управляет пневматический каркас для более плавного захвата предметов».
«В нашем проекте ребята программировали и моделировали, а также выполняли инженерные задачи: работали в мастерских с разными материалами, пользовались станками и другим оборудованием, – рассказала Кристина Базылева о навыках, необходимых участникам для участия в проекте. – Им нужно понимать химию и физику процессов, чтобы оценивать прочность материалов, также им надо разбираться, как обрабатывать полученные в процессе экспериментов данные и как эту информацию использовать в дальнейшем».
«Я участвовал в создании электрической части прибора, разрабатывал пневматическую развязку, моделировал и занимался разработкой программного обеспечения. Для меня самым интересным был процесс отливки силикона и работа с ним: ранее я не использовал этот материал, а здесь сам моделировал и печатал форму, а позднее отливал из силикона прототип пальца», – поделился Михаил Минеев.
«Мы очень много работали, и это было очень интересно, – поделилась школьница из Челябинска Ярослава Шабурова. – Я узнала много нового: например, я изучила все этапы работы с силиконом, получила опыт в моделировании и разобралась с основами электроники».
На финальной защите команда проекта представляла модель руки, которая может повторять движения человека. Для демонстрации работы устройства один из участников проекта подключил датчики к своей руке, так что аппарат повторял движения человека.
В июле 2023 года направление «Природоподобные и нейротехнологии» включало в себя четыре проекта. Школьники также разрабатывали фотобиореактор для систем жизнеобеспечения космических аппаратов, создавали микрокапсулы, реагирующие на изменение кислотности среды, для доставки и контролируемого высвобождения липофильных активных веществ и исследовали технологию CRISPR/Cas9 при получении трансгенных лабораторных животных.
