يطور المهندسون تقنية عالية الأداء للعضلات الاصطناعية

طور المهندسون في جامعة شمال أريزونا (NAU) تقنية عضلات اصطناعية جديدة عالية الأداء تتيح حركة أكثر شبيهة بحركة الإنسان. أثبتت التكنولوجيا المرنة والقابلة للتكيف القدرة على التفوق على عضلات الهيكل العظمي البشري في العديد من المقاييس. 

غالبًا ما يعتمد الباحثون على مبادئ المحاكاة الحيوية لتطوير تقنيات تشغيل أفضل وروبوتات لينة. في المحاكاة الحيوية ، صُممت مكونات الآلة لتقليد حركة العضلات البشرية ، ونأمل أن تتفوق عليها في الأداء. 

الروبوتات في شكل بيولوجي

المشغلات مثل المحركات الكهربائية صلبة ، مما يحد من قدراتها ، لذلك يجب أن تتغير الأطراف الاصطناعية والمحاكاة الحيوية مع اتخاذ الروبوتات شكلاً بيولوجيًا أكثر. 

تم تطوير تقنية العضلات الاصطناعية الجديدة عالية الأداء في مختبر الأنظمة الديناميكية النشطة بجامعة NAU. الورقة المنشورة في علم الروبوتات بعنوان "عضلات كافاتابي الاصطناعية من سحب ولف ولف أنابيب البوليمر".

كتب الورقة الأستاذ المساعد مايكل شيفر والأستاذة هايدي فيغنباوم من قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة نورثوسترن. وساعدهم الباحث طالب الدراسات العليا دييغو هيغويراس رويز.

قال شيفر: "نطلق على هذه المحركات الخطية الجديدة اسم كافاتابي العضلات الاصطناعية بناءً على تشابهها مع المعكرونة الإيطالية".

العضلات الاصطناعية مقابل عضلات الهيكل العظمي البشري

المحركات مناسبة للهندسة الحيوية وتطبيقات الروبوتات نظرًا لبنيتها الملفوفة ، والتي تولد المزيد من الطاقة. أظهر المهندسون أن عضلات Cavatappi الاصطناعية تظهر مقاييس العمل والقوة أعلى بعشر وخمس مرات من عضلات الهيكل العظمي البشري ، على التوالي. مع استمرارهم في التطور ، من المتوقع أن يرتفعوا أداءً أعلى.

"تعتمد عضلات كافاتابي الاصطناعية على مشغلات البوليمر الملتوية (TPAs) ، والتي كانت ثورية جدًا عندما ظهرت لأول مرة لأنها كانت قوية وخفيفة الوزن ورخيصة. لكنها كانت غير فعالة للغاية وبطيئة في التشغيل لأنك اضطررت إلى تسخينها وتبريدها. بالإضافة إلى ذلك ، فإن كفاءتها تبلغ حوالي 45 بالمائة فقط ، "قال شيفر. "بالنسبة إلى cavatappi ، نتغلب على هذا باستخدام سائل مضغوط للتشغيل ، لذلك نعتقد أن هذه الأجهزة من المرجح أن يتم تبنيها. تستجيب هذه الأجهزة بأسرع ما يمكننا ضخ السائل. الميزة الكبرى هي كفاءتها. لقد أظهرنا كفاءة مقلصة تصل إلى حوالي XNUMX في المائة ، وهو رقم مرتفع جدًا في مجال التشغيل الناعم ".

وفقًا للمهندسين ، يمكن أن تكون هذه التقنية مفيدة في تطبيقات الروبوتات اللينة ، والمشغلات الروبوتية التقليدية ، والتقنيات المساعدة مثل الهياكل الخارجية والأطراف الاصطناعية. 

وقال شيفر: "نتوقع أن يشمل العمل المستقبلي استخدام عضلات الكافاتابي الاصطناعية في العديد من التطبيقات نظرًا لبساطتها وانخفاض تكلفتها وخفة وزنها ومرونتها وكفاءتها وخصائصها المجهدة لاستعادة الطاقة ، من بين مزايا أخرى".

التكنولوجيا الجديدة متاحة للترخيص والشراكة ، وهي الآن في مرحلة الحماية والتسويق المبكر. 

سيكون لتقنيات التشغيل المتوافقة والمحاكاة الحيوية آثار كبيرة مع استمرار تطويرها. كلاهما فعال وقوي عند استخدامه في الأنظمة الروبوتية ، ويمكنهما المساعدة في تمكينهما من التفاعل والزيادة والاندماج في النهاية مع البشر.