مهندسون يطورون تقنية عضلات اصطناعية عالية الأداء

قام مهندسون في جامعة نورث إيست أرايزونا (NAU) بتطوير تقنية جديدة للعضلات الاصطناعية عالية الأداء التي تمكن من حركة أكثر تشابهًا بالبشر. أظهرت التقنية المرنة والمتكيفة القدرة على تجاوز العضلات الهيكلية البشرية في عدة معايير.

يستند الباحثون غالبًا إلى مبادئ البيوميمتيكس لتطوير تقنيات التشغيل والأتمتة الناعمة. في البيوميمتيكس، يتم تصميم مكونات الآلة لتحاكي حركة العضلات البشرية، مع الأمل في تجاوزها.

الروبوتات في الشكل البيولوجي

المنفذات مثل المحركات الكهربائية هي صلبة، مما يحد من قدراتها، لذلك يجب على الأطراف الاصطناعية والمنفذات البيوميمتيكية التغيير مع اتخاذ الروبوتات شكلًا بيولوجيًا.

تم تطوير تقنية العضلات الاصطناعية عالية الأداء الجديدة في مختبر الأنظمة الديناميكية النشطة في NAU. المقال، المنشور في Science Robotics, يحمل عنوان “عضلات Cavatappi الاصطناعية من الرسم والtwisting واللولب الأنابيب البوليمرية”.

كتب المقال من قبل الأستاذ المساعد مايكل شافير وأستاذ هيدي فيجنباوم من قسم الهندسة الميكانيكية في NAU. تم مساعدتهم من قبل باحث تخرج دييغو هيغوراس رويز.

“نسمي هذه المنفذات الخطية الجديدة عضلات Cavatappi الاصطناعية بناءً على تشابهها مع المعكرونة الإيطالية،” قال شافير.

العضلات الاصطناعية مقابل العضلات الهيكلية البشرية

المنفذات مناسبة لتطبيقات الهندسة الحيوية والروبوتات نظرًا لتركيبها الملولب، الذي يولد المزيد من القوة. أظهر المهندسون أن عضلات Cavatappi الاصطناعية تظهر معايير العمل والقوة أعلى بعشر وخمسة مرات من العضلات الهيكلية البشرية، على التوالي. مع استمرار تطويرها، من المتوقع أن تزيد أدائها.

“عضلات Cavatappi الاصطناعية تعتمد على منفذات البوليمر الملولبة (TPAs)، والتي كانت ثورية عندما ظهرت لأول مرة لأنها كانت قوية وخفيفة الوزن ورخيصة. لكنها كانت غير فعالة وبطيئة في التشغيل لأنها يجب أن تكون مسخنة وتبريد. بالإضافة إلى ذلك، فإن كفاءتها لا تتجاوز 2٪ فقط،” قال شافير. “نحصل على هذه المشكلة باستخدام سائل مضغوط للتشغيل، لذلك نعتقد أن هذه الأجهزة أكثر احتمالاً للتبني. تستجيب هذه الأجهزة بسرعة كما نضخ السائل. الميزة الكبيرة هي كفاءتها. لقد أظهرنا كفاءة انقباض تصل إلى 45٪، وهو رقم كبير في مجال التشغيل الناعم.”

وفقًا للمهندسين، يمكن أن تكون هذه التقنية مفيدة في تطبيقات الروبوتات الناعمة والمنفذات التقليدية والتقنيات المساعدة مثل الهياكل الخارجية والبروتيز.

“نتوقع أن يتضمن العمل المستقبلي استخدام عضلات Cavatappi الاصطناعية في العديد من التطبيقات بسبب بساطتها و低 التكلفة وخفيفة الوزن ومرونتها وكفاءة استعادة الطاقة الانقباضية، من بين مزايا أخرى،” قال شافير.

التقنية الجديدة متاحة للترخيص والشراكة، وهي الآن في مرحلة الحماية والتصنيع التجاري المبكر.

ستكون التقنيات البيوميمتيكية المتوافقة لها تأثيرات كبيرة مع استمرار تطويرها. فهي كفاءة وقوية عند استخدامها في أنظمة الروبوتات، ويمكنها مساعدة الروبوتات على التفاعل وتحسين وتكامل البشر.