Gesundheitswesen
Forscher entwickeln bahnbrechendes Selbstsinnendes künstliches Muskelgewebe
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Forscher der Queen Mary University of London haben einen außergewöhnlichen Durchbruch im Bereich der Bionik erzielt, indem sie ein neuartiges elektrisches künstliches Muskelgewebe mit variabler Steifigkeit und Selbstsinnungsfähigkeit entwickelten. Diese revolutionäre Technologie, wie in Advanced Intelligent Systems enthüllt, hat das Potenzial, die Bereiche der Weichrobotik und medizinischen Anwendungen zu verändern. Mit der Fähigkeit, mühelos zwischen weichen und harten Zuständen zu wechseln und gleichzeitig Kräfte und Deformationen zu erkennen, ahmt dieses künstliche Muskelgewebe die Flexibilität und Dehnbarkeit von natürlichen Muskeln nach, was die Integration in komplexe Weichrobotik-Systeme und die Anpassung an verschiedene Formen erleichtert.
Technologie mit variabler Steifigkeit und ihr Potenzial
“Die Ausstattung von Robotern, insbesondere solchen, die aus flexiblen Materialien bestehen, mit Selbstsinnungsfähigkeiten ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zu wahrer bionischer Intelligenz”, erklärt Dr. Ketao Zhang, der leitende Forscher und Dozent an der Queen Mary.
Das neue künstliche Muskelgewebe, das von dem Forschungsteam entwickelt wurde, zeigt eine bemerkenswerte Haltbarkeit mit einer Dehnfähigkeit von über 200% in Längsrichtung, was es zu einem hervorragenden Kandidaten für verschiedene Anwendungen macht.
Die Steifigkeit dieses künstlichen Muskelgewebes kann durch die Anpassung der Spannung schnell geändert werden, wodurch eine kontinuierliche Modulation mit einer Steifigkeitsänderung von über 30 Mal erreicht wird. Diese spannungsabhängige Funktion bietet einen erheblichen Vorteil in Bezug auf die Reaktionsgeschwindigkeit im Vergleich zu anderen künstlichen Muskeln. Darüber hinaus kann das Muskelgewebe seine eigene Deformation durch Widerstandsänderungen erkennen, wodurch die Notwendigkeit für separate Sensoreinrichtungen entfällt, die Steuermechanismen vereinfacht und die Kosten reduziert werden.
Einfache Herstellung und umfassende Anwendungen
Der Herstellungsprozess für dieses selbstsinnenden künstlichen Muskelgewebes ist einfach und zuverlässig. Kohlenstoffnanoröhren werden mit flüssigem Silikon unter Verwendung von Ultraschall-Dispersions-Technologie gemischt und dann gleichmäßig beschichtet, um eine dünne, geschichtete Kathode zu erstellen, die auch als Sensorteil des künstlichen Muskelgewebes dient. Nachdem die flüssigen Materialien ausgehärtet sind, ist ein vollständiges selbstsinnendes künstliches Muskelgewebe mit variabler Steifigkeit entstanden.
Die potenziellen Anwendungen dieser flexiblen Technologie mit variabler Steifigkeit sind umfassend und reichen von der Weichrobotik bis hin zu medizinischen Anwendungen. Diese Technologie ermöglicht eine nahtlose Integration mit dem menschlichen Körper und eröffnet Möglichkeiten, um Menschen mit Behinderungen oder Patienten bei der Ausführung von täglichen Aufgaben zu unterstützen. Durch die Integration des selbstsinnenden künstlichen Muskelgewebes können tragbare Robotergeräte die Aktivitäten eines Patienten überwachen und durch die Anpassung der Steifigkeitsniveaus Widerstand leisten, was die Wiederherstellung der Muskel Funktion während des Rehabilitationstrainings erleichtert.
Dr. Zhang betont die Bedeutung dieser Forschung und erklärt: “Obwohl es noch Herausforderungen gibt, die angegangen werden müssen, bevor diese medizinischen Roboter in klinischen Umgebungen eingesetzt werden können, stellt diese Forschung einen entscheidenden Schritt auf dem Weg zur Mensch-Maschine-Integration dar. Sie bietet einen Plan für die zukünftige Entwicklung von Weich- und tragbaren Robotern.”
Die bahnbrechende Studie, die von den Forschern der Queen Mary University of London durchgeführt wurde, stellt einen bedeutenden Meilenstein im Bereich der Bionik dar. Die Entwicklung von selbstsinnenden elektrischen künstlichen Muskeln ebnet den Weg für Fortschritte in der Weichrobotik und medizinischen Anwendungen und markiert einen entscheidenden Schritt auf dem Weg zur Realisierung des Potenzials der bionischen Technologie.
