Inženýři vyvinuli vysokovýkonnou technologii umělých svalů

Inženýři z Northern Arizona University (NAU) vyvinuli novou, vysokovýkonnou technologii umělých svalů, která umožňuje více lidsky podobné pohyby. Tato flexibilní a přizpůsobivá technologie prokázala schopnost překonat lidské kosterní svaly v několika měřítkách.

Výzkumníci často využívají principy biomimetiky k vývoji lepší technologie aktuatorů a softwarových robotů. V biomimetice jsou součásti strojů navrženy tak, aby napodobovaly pohyb lidských svalů, doufajíce, že je překonají.

Roboti v biologické formě

Aktuátory, jako jsou elektrické motory, jsou rigidní, což omezuje jejich schopnosti, takže biomimetické protézy a aktuátory se musí změnit, jakmile roboti získají biologickou formu.

Nová, vysokovýkonná technologie umělých svalů byla vyvinuta v laboratoři Dynamic Active Systems na NAU. Článek, publikovaný v Science Robotics, se jmenuje „Cavatappi umělý sval z tažení, otočení a vinutí polymerových trubek.“

Článek byl napsán asocičním profesorem Michaelem Shaferem a profesorkou Heidim Feigenbaumovou z oddělení mechanického inženýrství NAU. Byli asistováni výzkumným studentem Diegem Higuerasem-Ruizem.

“Tyto nové lineární aktuátory nazýváme cavatappi umělými svaly podle jejich podobnosti s italskou pastou,” řekl Shafer.

Umělý sval vs. lidské kosterní svaly

Aktuátory jsou vhodné pro bioinženýrství a robotické aplikace díky své vinuté struktuře, která generuje více energie. Inženýři prokázali, že cavatappi umělý sval vykazuje práci a výkonové metriky deset a pětkrát vyšší než lidské kosterní svaly, resp. Jak se dále vyvíjí, očekává se, že jejich výkon ještě vzroste.

“Cavatappi umělý sval je založen na zkroucených polymerových aktuátorech (TPA), které byly bastante revoluční, když poprvé vyšly, protože byly silné, lehké a levné. Ale byly velmi neefektivní a pomalé na aktivační, protože bylo nutné je ohřívat a chladit. Kromě toho je jejich efektivita pouze asi dvě procenta,” řekl Shafer. “U cavatappi se tomu vyhneme pomocí stlačeného kapalina k aktivační, takže si myslíme, že tyto zařízení jsou mnohem pravděpodobněji přijata. Tyto zařízení reagují tak rychle, jak můžeme pumpovat kapalinu. Velkou výhodou je jejich efektivita. Prokázali jsme kontrakční efektivitu až asi 45 procent, což je velmi vysoké číslo v oblasti softwarového aktivačního.

Podle inženýrů by tato technologie mohla být užitečná v aplikacích softwarových robotů, konvenčních robotických aktuátorů a asistivních technologií, jako jsou exoskelety a protézy.

“Očekáváme, že budoucí práce bude zahrnovat použití cavatappi umělých svalů v mnoha aplikacích díky jejich jednoduchosti, nízké ceně, lehkosti, pružnosti, efektivitě a vlastnostem energetické obnovy, mezi jinými výhodami,” řekl Shafer.

Nová technologie je k dispozici pro licencování a partnerství a nyní je ve fázi ochrany a rané komercializace.

Kompatibilní, biomimetické aktivační technologie budou mít velké důsledky, jak se budou dále vyvíjet. Jsou obě efektivní a silné, když se používají v robotických systémech, a mohou pomoci umožnit jim interagovat, doplňovat a nakonec integrovat s lidmi.