Μηχανικοί Ανάπτυξαν Τεχνολογία Υψηλής Απόδοσης Τεχνητικού Μυός

Οι μηχανικοί στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Αριζόνας (NAU) έχουν αναπτύξει μια νέα, υψηλής απόδοσης τεχνολογία τεχνητού μυός που επιτρέπει πιο ανθρώπινο κίνημα. Η ευέλικτη και προσαρμόσιμη τεχνολογία έχει αποδείξει την ικανότητα να υπερβαίνει τον ανθρώπινο σκελετικό μυ σε πολλά μέτρα.

Οι ερευνητές συχνά βασίζονται στις αρχές της βιομιμητικής για την ανάπτυξη καλύτερων τεχνολογιών ενεργοποίησης και μαλακής ρομποτικής. Στη βιομιμητική, τα μέρη της μηχανής σχεδιάζονται για να μιμούνται το κίνημα των ανθρώπινων μυών, με την ελπίδα να τα υπερβαίνουν.

Ρομπότ σε Βιολογική Μορφή

Οι ενεργοποιητές όπως οι ηλεκτρικοί κινητήρες είναι σκληροί, γεγονός που τους περιορίζει στις ικανότητές τους, οπότε οι βιομιμητικές προθέσεις και οι ενεργοποιητές πρέπει να αλλάξουν καθώς τα ρομπότ λαμβάνουν μια πιο βιολογική μορφή.

Η νέα, υψηλής απόδοσης τεχνολογία τεχνητού μυός αναπτύχθηκε στο Εργαστήριο Δυναμικών Ενεργών Συστημάτων του NAU. Το έγγραφο, που δημοσιεύθηκε στο Science Robotics, έχει τον τίτλο «Cavatappi τεχνητοί μύες από σχεδίαση, στρέβλωση και σπείρωση πολυμερικών σωλήνων».

Το έγγραφο γράφτηκε από τον αναπληρωτή καθηγητή Michael Shafer και την καθηγήτρια Heidi Feigenbaum του Τμήματος Μηχανολογικής Μηχανικής του NAU. Βοηθήθηκαν από τον μεταπτυχιακό ερευνητή Diego Higueras-Ruiz.

«Οι νέοι γραμμικοί ενεργοποιητές ονομάζονται cavatappi τεχνητοί μύες λόγω της ομοιότητας τους με την ιταλική παστά», είπε ο Shafer.

Τεχνητός Μύς σε Σύγκριση με τον Ανθρώπινο Σκελετικό Μύ

Οι ενεργοποιητές είναι κατάλληλοι για εφαρμογές βιοϊατρικής και ρομποτικής λόγω της ελικοειδούς δομής τους, η οποία παράγει περισσότερη δύναμη. Οι μηχανικοί απέδειξαν ότι οι cavatappi τεχνητοί μύες εμφανίζουν μέτρα έργου και δύναμης δέκα και πέντε φορές υψηλότερα από τους ανθρώπινους σκελετικούς μύες, αντίστοιχα. Καθώς συνεχίζουν να αναπτύσσονται, αναμένεται να αυξηθούν ακόμη περισσότερο στην απόδοση.

«Οι cavatappi τεχνητοί μύες βασίζονται σε στρεβλούς πολυμερικούς ενεργοποιητές (TPAs), οι οποίοι ήταν αρκετά επαναστατικοί όταν首先appeared για πρώτη φορά επειδή ήταν ισχυροί, ελαφριοί και φθηνοί. Αλλά ήταν πολύ ανεπαρκείς και αργοί να ενεργοποιούνται επειδή έπρεπε να θερμαίνονται και να ψύχονταν. Επιπλέον, η αποδοτικότητά τους είναι μόνο περίπου 2%», είπε ο Shafer. «Για τους cavatappi, ξεπερνάμε αυτό χρησιμοποιώντας πιεζόμενο υγρό για ενεργοποίηση, οπότε πιστεύουμε ότι αυτά τα συσκευές είναι πολύ πιο πιθανό να υιοθετηθούν. Αυτές οι συσκευές ανταποκρίνονται περίπου τόσο γρήγορα όσο μπορούμε να αντλήσουμε το υγρό. Το μεγάλο πλεονέκτημα είναι η αποδοτικότητά τους. Έχουμε αποδείξει συμβατική αποδοτικότητα μέχρι και περίπου 45%, που είναι ένα πολύ υψηλό νούμερο στο πεδίο της μαλακής ενεργοποίησης».

Σύμφωνα με τους μηχανικούς, αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να είναι χρήσιμη σε εφαρμογές μαλακής ρομποτικής, συμβατικών ρομποτικών ενεργοποιητών και βοηθητικών τεχνολογιών όπως εξοσκελετοί και προθέσεις.

«Αναμένουμε ότι μελλοντική εργασία θα περιλαμβάνει τη χρήση cavatappi τεχνητών μυών σε πολλές εφαρμογές λόγω της απλότητας, του χαμηλού κόστους, του ελαφριού βάρους, της ευελιξίας, της αποδοτικότητας και των ιδιοτήτων ανάκτησης ενεργειακής ενέργειας, μεταξύ άλλων πλεονεκτημάτων», είπε ο Shafer.

Η νέα τεχνολογία είναι διαθέσιμη για άδεια και συνεργασία και βρίσκεται τώρα στο στάδιο προστασίας και πρώιμης εμπορικής εκμετάλλευσης.

Οι συμμορφούμενες, βιομιμητικές τεχνολογίες ενεργοποίησης θα έχουν μεγάλες επιπτώσεις καθώς θα συνεχίσουν να αναπτύσσονται. Είναι και αποτελεσματικές και ισχυρές όταν χρησιμοποιούνται σε ρομποτικές συστήματα και μπορούν να βοηθήσουν να τις επιτρέψουν να αλληλεπιδρούν, να αυξήσουν και τελικά να ενσωματωθούν με τους ανθρώπους.