Ingenieros desarrollan tecnología de músculo artificial de alto rendimiento

Los 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 similar al humano. La tecnología flexible y adaptable ha demostrado ser capaz de superar al músculo esquelético humano en varias métricas.

Los investigadores a menudo se basan en los principios de la biomimética para desarrollar mejores tecnologías de actuación y robótica suave. En la biomimética, los componentes de la máquina se diseñan para imitar el movimiento de los músculos humanos, con la esperanza de 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 adoptan una forma más biológica.

La nueva tecnología de músculo artificial de alto rendimiento se desarrolló en el Laboratorio de Sistemas Dinámicos Activos de la NAU. El artículo, publicado en Science Robotics, se titula “Músculos artificiales cavatappi a partir de dibujo, torsión y bobinado de tubos de polímero“.

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 investigador de posgrado Diego Higueras-Ruiz.

“Llamamos a estos nuevos actuadores lineales músculos artificiales cavatappi debido a su parecido con la pasta italiana”, dijo Shafer.

Músculo artificial vs. músculos esqueléticos humanos

Los actuadores son adecuados para aplicaciones de bioingeniería y robótica debido a su estructura enrollada, que genera más potencia. Los ingenieros demostraron que los músculos artificiales cavatappi exhiben métricas de trabajo y potencia diez y cinco veces superiores a las de los músculos esqueléticos humanos, respectivamente. A medida que continúan desarrollándose, se espera que su rendimiento aumente aún más.

“Los músculos artificiales cavatappi se basan en actuadores de polímero torcido (TPA), que fueron bastante revolucionarios cuando salieron porque eran potentes, ligeros y baratos. Pero eran muy ineficientes y lentos para activar porque había que calentarlos y enfriarlos. Además, su eficiencia es solo del dos por ciento”, dijo Shafer. “Para los cavatappi, nos rodeamos de esto utilizando un fluido presurizado para activar, por lo que creemos que estos dispositivos son mucho más propensos a ser adoptados. Estos dispositivos responden tan rápido como podemos bombear el fluido. La gran ventaja es su eficiencia. Hemos demostrado una eficiencia contráctil de hasta un 45 por ciento, lo 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 suave, actuadores robóticos convencionales y tecnologías asistidas 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, ligereza, flexibilidad, eficiencia y propiedades de recuperación de energía de deformación, entre otros beneficios”, dijo Shafer.

La nueva tecnología está disponible para licenciar y asociar, y ahora se encuentra en la etapa de protección y comercialización temprana.

Las tecnologías de actuación biomiméticas y conformes tendrán grandes implicaciones a medida que continúen desarrollándose. Son eficientes y potentes cuando se utilizan en sistemas robóticos, y pueden ayudar a permitir que interactúen, aumenten y eventualmente se integren con los humanos.