Les ingénieurs développent une technologie de muscle artificiel haute performance

Les ingénieurs de l’Université du Nord de l’Arizona (NAU) ont développé une nouvelle technologie de muscle artificiel haute performance qui permet un mouvement plus humain. La technologie flexible et adaptable a démontré sa capacité à surpasser le muscle squelettique humain dans plusieurs mesures.

Les chercheurs s’appuient souvent sur les principes de la biomimétique pour développer de meilleures technologies d’actionnement et de robotique molle. Dans la biomimétique, les composants de machine sont conçus pour imiter le mouvement des muscles humains, dans l’espoir de les surpasser.

Les robots sous forme biologique

Les actionneurs tels que les moteurs électriques sont rigides, ce qui limite leurs capacités, donc les prothèses et les actionneurs biomimétiques doivent changer à mesure que les robots prennent une forme plus biologique.

La nouvelle technologie de muscle artificiel haute performance a été développée dans le laboratoire de systèmes actifs dynamiques de la NAU. L’article, publié dans Science Robotics, s’intitule « Cavatappi artificial muscles from drawing, twisting, and coiling polymer tubes ».

L’article a été rédigé par le professeur associé Michael Shafer et la professeure Heidi Feigenbaum du département de génie mécanique de la NAU. Ils ont été assistés par le chercheur étudiant diplômé Diego Higueras-Ruiz.

« Nous appelons ces nouveaux actionneurs linéaires des muscles artificiels cavatappi en raison de leur ressemblance avec les pâtes italiennes », a déclaré Shafer.

Muscle artificiel vs muscles squelettiques humains

Les actionneurs sont adaptés aux applications de bioingénierie et de robotique en raison de leur structure enroulée, qui génère plus de puissance. Les ingénieurs ont démontré que les muscles artificiels cavatappi présentent des mesures de travail et de puissance dix et cinq fois supérieures à celles des muscles squelettiques humains, respectivement. À mesure qu’ils continuent à se développer, ils devraient augmenter encore leurs performances.

« Les muscles artificiels cavatappi sont basés sur des actionneurs polymères tordus (TPA), qui étaient pretty révolutionnaires lorsqu’ils sont sortis car ils étaient puissants, légers et bon marché. Mais ils étaient très inefficaces et lents à actionner car il fallait les chauffer et les refroidir. De plus, leur efficacité n’est que d’environ deux pour cent », a déclaré Shafer. « Pour les cavatappi, nous contourmons ce problème en utilisant un fluide sous pression pour actionner, nous pensons donc que ces appareils sont beaucoup plus susceptibles d’être adoptés. Ces appareils réagissent aussi vite que nous pouvons pomper le fluide. Le grand avantage est leur efficacité. Nous avons démontré une efficacité contractile allant jusqu’à environ 45 pour cent, ce qui est un très bon chiffre dans le domaine de l’actionnement mou. »

Selon les ingénieurs, cette technologie pourrait être utile dans les applications de robotique molle, les actionneurs de robotique conventionnelle et les technologies d’assistance telles que les exosquelettes et les prothèses.

« Nous nous attendons à ce que les travaux futurs incluent l’utilisation de muscles artificiels cavatappi dans de nombreuses applications en raison de leur simplicité, de leur faible coût, de leur légèreté, de leur flexibilité, de leurs propriétés d’efficacité et de récupération d’énergie de déformation, entre autres avantages », a déclaré Shafer.

La nouvelle technologie est disponible pour être licenciée et partenariée, et elle est maintenant dans la phase de protection et de commercialisation précoce.

Les technologies d’actionnement biomimétiques conformes auront de grandes implications à mesure qu’elles continueront à être développées. Elles sont à la fois efficaces et puissantes lorsqu’elles sont utilisées dans les systèmes robotiques, et elles peuvent aider à les faire interagir, augmenter et éventuellement intégrer avec les humains.