Gli ingegneri sviluppano una tecnologia di muscolo artificiale ad alte prestazioni

Gli ingegneri della Northern Arizona University (NAU) hanno sviluppato una nuova tecnologia di muscolo artificiale ad alte prestazioni che consente movimenti più simili a quelli umani. La tecnologia flessibile e adattabile ha dimostrato la capacità di superare il muscolo scheletrico umano in diversi parametri.

I ricercatori spesso si basano sui principi della biomimetica per sviluppare tecnologie di attuazione e robotica morbida migliori. Nella biomimetica, i componenti delle macchine sono progettati per imitare il movimento dei muscoli umani, sperando di superarli.

Robot in forma biologica

Gli attuatori come i motori elettrici sono rigidi, il che limita le loro capacità, quindi le protesi e gli attuatori biomimetici devono cambiare mentre i robot assumono una forma più biologica.

La nuova tecnologia di muscolo artificiale ad alte prestazioni è stata sviluppata nel Dynamic Active Systems Laboratory della NAU. L’articolo, pubblicato su Science Robotics, si intitola “Cavatappi artificiali muscoli da disegno, torsione e avvolgimento di tubi di polimero.”

L’articolo è stato scritto dal professore associato Michael Shafer e dalla professoressa Heidi Feigenbaum del Dipartimento di Ingegneria Meccanica della NAU. Sono stati assistiti dal ricercatore di dottorato Diego Higueras-Ruiz.

“Chiamiamo questi nuovi attuatori lineari cavatappi muscoli artificiali per la loro somiglianza con la pasta italiana,” ha detto Shafer.

Muscolo artificiale vs muscolo scheletrico umano

Gli attuatori sono adatti alle applicazioni di bioingegneria e robotica grazie alla loro struttura avvolta, che genera più potenza. Gli ingegneri hanno dimostrato che i muscoli artificiali cavatappi presentano metriche di lavoro e potenza dieci e cinque volte superiori a quelle dei muscoli scheletrici umani, rispettivamente. Mentre continuano a svilupparli, si prevede che aumenteranno ulteriormente le prestazioni.

“I muscoli artificiali cavatappi si basano su attuatori di polimero torsionali (TPA), che erano piuttosto rivoluzionari quando sono stati introdotti per la prima volta perché erano potenti, leggeri e economici. Ma erano molto inefficienti e lenti nell’attuazione perché dovevano essere riscaldati e raffreddati. Inoltre, la loro efficienza è solo dell’2%,” ha detto Shafer. “Per i cavatappi, ciò si evita utilizzando un fluido pressurizzato per l’attuazione, quindi pensiamo che questi dispositivi siano molto più probabilità di essere adottati. Questi dispositivi rispondono quasi come possiamo pompare il fluido. Il grande vantaggio è la loro efficienza. Abbiamo dimostrato un’efficienza contrattile di fino al 45%, che è un numero molto alto nel campo dell’attuazione morbida.”

Secondo gli ingegneri, questa tecnologia potrebbe essere utile nelle applicazioni di robotica morbida, negli attuatori robotici convenzionali e nelle tecnologie assistive come gli esoscheletri e le protesi.

“Ci aspettiamo che i lavori futuri includeranno l’uso di muscoli artificiali cavatappi in molte applicazioni a causa della loro semplicità, del basso costo, della leggerezza, della flessibilità, dell’efficienza e delle proprietà di recupero dell’energia di deformazione, tra gli altri vantaggi,” ha detto Shafer.

La nuova tecnologia è disponibile per licenza e partnership e si trova attualmente nella fase di protezione e commercializzazione iniziale.

Le tecnologie di attuazione biomimetica conformi avranno grandi implicazioni mentre continuano a essere sviluppate. Sono entrambe efficienti e potenti quando utilizzate nei sistemi robotici e possono aiutare a consentire loro di interagire, aumentare e integrarsi con gli esseri umani.