Forskere udvikler banebrydende selv-sensende kunstig muskel

Forskere fra Queen Mary University of London har gjort en enestående gennembrud i feltet bionik, hvor de har udviklet en ny elektrisk variable-stiffness kunstig muskel med selv-sensende egenskaber. Denne revolutionerende teknologi, som er offentliggjort i Advanced Intelligent Systems, har potentiale til at forandre områderne soft robotics og medicinske anvendelser. Med evnen til at let og ubesværet skifte mellem bløde og hårde tilstande samt føle kræfter og deformationer, ligner denne kunstige muskel den naturlige muskels fleksibilitet og strækkbarhed, hvilket faciliterer integration i komplekse soft robot-systemer og tilpasning til forskellige former.

Variable-Stiffness Teknologi og dens Potentiale

“At give robotter, især de lavet af fleksible materialer, selv-sensende egenskaber er et afgørende skridt mod sand bionisk intelligens,” siger Dr. Ketao Zhang, den ledende forsker og lektor ved Queen Mary.

Den nye kunstige muskel, som forskerholdet har udviklet, viser en bemærkelsesværdig holdbarhed med en strækkbarhed på over 200% i længderetningen, hvilket gør den til en udmærket kandidat til forskellige anvendelser.

Denne kunstige muskels stivhed kan hurtigt ændres ved at justere spændinger, hvilket opnår en kontinuerlig modulation med en stivhedsændring på over 30 gange. Denne spændingsdrevne funktion giver en betydelig fordel i forhold til respons-hastighed i forhold til andre kunstige muskler. Desuden kan musklen overvåge sin egen deformation gennem ændringer i modstand, hvilket eliminerer behovet for separate sensor-arrangementer, simplificerer kontrol-mekanismer og reducerer omkostninger.

Enkel Fabrikation og Omfattende Anvendelser

Fabrikationsprocessen for denne selv-sensende kunstige muskel er enkel og pålidelig. Kulstofnanorør blanderes med flydende silikone ved hjælp af ultralyd-dispersionsteknologi og derefter jævnt belagt for at skabe en tynd lagdelt katode, som også fungerer som den selv-sensende del af den kunstige muskel. Efter at de flydende materialer er hårdnet, dannes en komplet selv-sensende variable-stiffness kunstig muskel.

De potentielle anvendelser af denne fleksible variable stivhedsteknologi er omfattende og strækker sig fra soft robotics til medicinske anvendelser. Denne teknologis nærmest ubesværet integration med det menneskelige legeme åbner op for muligheder for at hjælpe personer med handicap eller patienter i at udføre essentielle daglige opgaver. Ved at integrere den selv-sensende kunstige muskel kan bærbare robot-enheder overvåge en patients aktiviteter og give modstand ved at justere stivhedsniveauer, hvilket faciliterer genoprettelse af muskelfunktion under rehabiliteringstræning.

Dr. Zhang understreger betydningen af denne forskning og siger: “Selv om der stadig er udfordringer, der skal løses, før disse medicinske robotter kan anvendes i kliniske miljøer, repræsenterer denne forskning et afgørende skridt mod integration mellem menneske og maskine. Den giver en vejledning for fremtidig udvikling af bløde og bærbare robotter.”

Den banebrydende studie, der er gennemført af forskere fra Queen Mary University of London, repræsenterer et væsentligt milepæl i feltet bionik. Udviklingen af selv-sensende elektriske kunstige muskler åbner op for fremskridt i soft robotics og medicinske anvendelser, hvilket markerer et afgørende skridt mod at realisere potentialet i bionisk teknologi.