Zemědělství položilo před 10 000 lety základy naší civilizace. Nebylo to ale jen díky pěstování potravin. Důležité byly také plodiny pro výrobu textilií. Len v Egyptě a Mezopotámii, bavlna v Indii, konopí ve východní Asii – to byly materiály, které lidem umožnily postupně odložit zvířecí kůže a obléknout se do tkaných látek.
Z přírodních vláken se ale vyráběla také lana, sítě či obuv. Během tisíců let se z textilu stalo něco tak všudypřítomného, že nad ním téměř nepřemýšlíme.
Bionika a pletená tkáň
Benedek Tasi z maďarské firmy Allonic nad textilními vlákny přemýšlí prakticky neustále. Vystudoval bioniku, tedy obor propojující biologii s technikou, a došlo mu, že lidská ruka spojuje různé typy tkání, které nápadně připomínají textilní tkaninu.
Tasi dospěl k názoru, že snažit se napodobovat lidské ruce s pomocí kovu, šroubků, plastu a dalších pevných materiálů není ta správná cesta. Místo toho navrhl zcela nový výrobní proces. Jeho základem je 3D tištěná lehká kostra, na kterou speciálně navržený splétací stroj přímo uplete „tkáň“ z vláken.
Robotický prst za pár minut
Když Tasi zjistil, co všechno splétání z textilních vláken umožňuje vytvářet, sám byl příjemně zaskočen. Přímo na kostře je totiž možné uplést pohyblivé struktury s umělými šlachami. Během pár minut tak vznikne třeba krásně pohyblivý robotický prst. Žádné šroubky, mechanické klouby a ložiska, žádné složité sestavování. Spíš to celé trochu připomíná sci-fi jako Pátý element nebo Westworld.
Efektivní výroba bez součástek
Splétané robotické končetiny mají celou řadu výhod oproti klasickým. Zatímco mechanická robotická ruka se skládá ze stovek jednotlivých dílů, splétaná roboruka jejich počet snižuje na pouhý zlomek. Stačí kostra, správná vlákna a splétací stroj. Odpadá složitý dodavatelský řetězec i čekání na díly z druhého konce světa. Výroba je rychlejší, levnější a umožňuje snadné prototypování.
Vysoká odolnost a umělé šlachy
Splétané struktury jsou navíc odolnější – nevznikají v nich slabé body ve spojích a na rozhraních materiálů, protože zátěž je rozložena rovnoměrněji, podobně jako u lidské ruky. Při splétání lze kombinovat různé druhy přízí: „Šlachy“ budou z pevnějšího vlákna, prsty z měkčího.
Samotná příze určuje i stupně volnosti kloubů – to, jak hustě a z jakého vlákna upletete kloub, bude určovat, jak moc se může ohnout. Podobně jako lidská tkáň podporuje a zároveň omezuje pohyb našich končetin.
Investice do humanoidních robotů
Všechny tyto vlastnosti přímo vybízejí k využití splétaných robotických končetin hlavně u humanoidních robotů, kteří budou v kontaktu s živými lidmi. Není divu, že firma už získala investici 7,2 milionu dolarů, mimo jiné od investorů napojených na OpenAI. Ti věří, že budoucnost patří humanoidním robotům pro každodenní interakci s lidmi.
Biomimetické tkáně v protetice
Biomimetické tkáně – uměle vytvořené struktury napodobující vlastnosti a funkce biologických tkání – najdou uplatnění nejen v robotice, ale například i v protetice. Do splétaných struktur lze jednoduše zabudovat třeba tlakové senzory do konečků prstů, které robotovi nebo člověku poskytnou zpětnou vazbu. Třeba o tom, z jakého materiálu je vyrobená věc, kterou právě uchopil.
Hybridní robotika budoucnosti
Konečným cílem týmu Allonic je napodobit anatomii lidské ruky vrstvu po vrstvě. Výsledkem mají být přirozenější pohyby, intuitivní chování a celkově věrnější provedení. Říkají tomu hybridní robotika, protože propojuje rigidní a měkké prvky. V plánu je dokonce výroba prostetické kopie rukou jen na základě rentgenového snímku. Zní to jako sci-fi? Ne na dlouho!
Jak se plete prst pro robota:
1. Na 3D tiskárně se vytiskne lehký skelet prstu z několika kostních prvků.
2. Kostra se upne do splétacího stroje. Ten funguje podobně jako výroba lan: Desítky cívek s vlákny obíhají kolem jádra a proplétají se do pevné trojrozměrné struktury. Kolem jednoho prstu se tak proplete až několik stovek jemných vláken, která se přímo kotví do kostry – podobně jako vazivová tkáň v lidské ruce.
3. Stroj kombinuje různé materiály najednou: vysokopevnostní vlákna pro šlachy, elastické příze pro klouby, vodivé nitě pro senzory a kabeláž. Vše se zabuduje v jednom nepřerušeném procesu.
4. Ze stroje vyjde hotový prst, který stačí napojit na pohonné jednotky (aktuátory). Žádné šroubování, lepení ani montáž stovek dílků.
