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Ingenieros desarrollan tecnología de músculos artificiales de alto rendimiento
Ingenieros de la Universidad del Norte de Arizona (NAU) han desarrollado una nueva tecnología de músculo artificial de alto rendimiento que permite un movimiento más parecido al humano. La tecnología flexible y adaptable ha demostrado la capacidad de superar al músculo esquelético humano en varias métricas.
Los investigadores a menudo confían en los principios de la biomimética para desarrollar mejores tecnologías de actuación y robótica blanda. En biomimética, los componentes de las máquinas están diseñados para imitar el movimiento de los músculos humanos y, con suerte, superarlos.
Robots en forma biológica
Los actuadores, como los motores eléctricos, son rígidos, lo que limita sus capacidades, por lo que las prótesis y los actuadores biomiméticos deben cambiar a medida que los robots adquieren una forma más biológica.
La nueva tecnología de músculo artificial de alto rendimiento se desarrolló en el Laboratorio de Sistemas Activos Dinámicos de la NAU. El artículo, publicado en ciencia robótica, se titula “Músculos artificiales de Cavatappi a partir de tubos de polímero estirados, retorcidos y enrollados."
El artículo fue escrito por el profesor asociado Michael Shafer y la profesora Heidi Feigenbaum del Departamento de Ingeniería Mecánica de la NAU. Fueron asistidos por el estudiante investigador de posgrado Diego Higueras-Ruiz.
“A estos nuevos actuadores lineales los llamamos músculos artificiales cavatappi en función de su parecido con la pasta italiana”, dijo Shafer.
Músculo artificial versus músculos esqueléticos humanos
Los actuadores son aptos para aplicaciones de bioingeniería y robótica dada su estructura en espiral, que genera más energía. Los ingenieros demostraron que los músculos artificiales cavatappi exhiben métricas de trabajo y potencia diez y cinco veces más altas que los músculos esqueléticos humanos, respectivamente. A medida que continúan desarrollándose, se espera que aumenten aún más su rendimiento.
“Los músculos artificiales de cavatappi se basan en actuadores de polímero retorcido (TPA), que fueron bastante revolucionarios cuando aparecieron por primera vez porque eran potentes, livianos y baratos. Pero eran muy ineficientes y lentos para actuar porque había que calentarlos y enfriarlos. Además, su eficiencia es sólo del dos por ciento ”, dijo Shafer. “Para el cavatappi, solucionamos esto usando fluido presurizado para actuar, por lo que creemos que es mucho más probable que se adopten estos dispositivos. Estos dispositivos responden tan rápido como podemos bombear el fluido. La gran ventaja es su eficiencia. Hemos demostrado una eficiencia contráctil de hasta aproximadamente el 45 por ciento, que es un número muy alto en el campo de la actuación suave ”.
Según los ingenieros, esta tecnología podría ser útil en aplicaciones de robótica blanda, actuadores robóticos convencionales y tecnologías de asistencia como exoesqueletos y prótesis.
"Esperamos que el trabajo futuro incluya el uso de músculos artificiales cavatappi en muchas aplicaciones debido a su simplicidad, bajo costo, peso ligero, flexibilidad, eficiencia y propiedades de recuperación de energía de deformación, entre otros beneficios", dijo Shafer.
La nueva tecnología está disponible para licencia y asociación, y ahora se encuentra en la etapa de protección y comercialización temprana.
Las tecnologías de actuación biomimética compatibles tendrán grandes implicaciones a medida que continúen desarrollándose. Son eficientes y poderosos cuando se usan en sistemas robóticos, y pueden ayudarlos a interactuar, aumentar y eventualmente integrarse con humanos.
