Gli ingegneri sviluppano una tecnologia muscolare artificiale ad alte prestazioni

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

I ricercatori spesso fanno affidamento sui principi della biomimetica per sviluppare migliori tecnologie di attuazione e robotica morbida. 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 li limita nelle loro capacità, quindi le protesi e gli attuatori biomimetici devono cambiare man mano che i robot assumono una forma più biologica. 

La nuova tecnologia muscolare artificiale ad alte prestazioni è stata sviluppata nel Dynamic Active Systems Laboratory della NAU. Il documento, pubblicato in Robotica scientifica, si intitola “Muscoli artificiali di Cavatappi ricavati dal disegno, dalla torsione e dall'avvolgimento di tubi polimerici. "

Il documento è stato scritto dal professore associato Michael Shafer e dal professor Heidi Feigenbaum del Dipartimento di ingegneria meccanica della NAU. Sono stati assistiti dal ricercatore studente laureato Diego Higueras-Ruiz.

"Chiamiamo questi nuovi attuatori lineari cavatappi muscoli artificiali in base alla loro somiglianza con la pasta italiana", ha detto Shafer.

Muscolo artificiale contro muscoli scheletrici umani

Gli attuatori sono adatti per applicazioni di bioingegneria e robotica data la loro struttura a spirale, che genera più potenza. Gli ingegneri hanno dimostrato che i muscoli artificiali cavatappi esibiscono metriche di lavoro e potenza rispettivamente dieci e cinque volte superiori rispetto ai muscoli scheletrici umani. Man mano che continuano a svilupparsi, dovrebbero aumentare ulteriormente le prestazioni.

“I muscoli artificiali cavatappi si basano su attuatori polimerici intrecciati (TPA), che erano piuttosto rivoluzionari quando sono usciti per la prima volta perché erano potenti, leggeri ed economici. Ma erano molto inefficienti e lenti ad azionarsi perché dovevi riscaldarli e raffreddarli. Inoltre, la loro efficienza è solo del due percento circa", ha affermato Shafer. “Per i cavatappi, aggiriamo questo problema utilizzando fluido pressurizzato per l'attivazione, quindi pensiamo che questi dispositivi abbiano molte più probabilità di essere adottati. Questi dispositivi rispondono alla velocità con cui riusciamo a pompare il fluido. Il grande vantaggio è la loro efficienza. Abbiamo dimostrato un'efficienza contrattile fino a circa il 45 percento, che è un numero molto alto nel campo dell'attuazione morbida".

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

"Prevediamo che il lavoro futuro includerà l'uso di muscoli artificiali cavatappi in molte applicazioni grazie alla loro semplicità, basso costo, leggerezza, flessibilità, efficienza e proprietà di recupero dell'energia da sforzo, tra gli altri vantaggi", ha affermato Shafer.

La nuova tecnologia è disponibile per licenze e partnership ed è ora nella fase di protezione e commercializzazione iniziale. 

Le tecnologie di attuazione biomimetiche conformi avranno grandi implicazioni mentre continuano a essere sviluppate. Sono sia efficienti che potenti se utilizzati nei sistemi robotici e possono aiutare a consentire loro di interagire, aumentare e infine integrarsi con gli umani.